Brevet FR2559303A1 — publié le 19850809

La présente invention est relative à un procédé de compensation de champs magnétiques perturbateurs, dus à des objets, au moyen d'installations magnétiques d'auto- protection réglées par les champs perturbateurs (instal- lations SMES) et constituées par des magnétomètres, des dispositifs de connexion et de réglage, des étages d'amplificateurs de puissance et des systèmes de bobinage ou d'enroulement. Le brevet DE - OS - 29 29 964 décrit un procédé dans lequel les différences de champ magnétique sont intégrées et utilisées, par l'intermédiaire d'un circuit de réglage fermé, pour la production d'un courant de com- pensation. L'opération de réglage est terminée dès que la différence de champ magnétique mesurée est devenue égale à zéro. Les sondes de différence de champ magnétique doivent être placées là o le zéro des sondes coincide avec le zéro du champ propre. Au cas o l'on ne trouve pas d'emplacement remplissant cette condition, il faut superposer à l'effet de mesure par sonde un effet réglable, constant ou dépendant du champ, qui compense la différence par rapport au zéro. Ce procédé connu présente encore certaines lacunes, par exemple du fait que les aiman- tations variables d'objets ne peuvent pas être suffisam- ment compensées et qu'en cas d'incident aucun fonction- nement de secours suffisant n'est possible. Le but de l'invention est donc la mise au point d'un procédé de compensation dans lequel les modifications de l'état magnétique d'un objet peuvent être décélées et compensées autant que possible dans des conditions optimales. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que les courants d'enroulement nécessaires A une compen- sation proviennent de différences de champ magnétique dans le dispositif ou de l'aimantation ou des moments magnétiques de l'objet. Ce procédé permet d'obtenir une stabilité à longue échéance très supérieure à celle des installations connues. La description du procédé peut s'effectuer en envisageant le cas simplifié d'un objet ayant un moment magnétique variable et dont le champ magnétique pertur- bateur peut être compensé, c'est-à-dire autant que pos- sible éliminé, dans des conditions optimales dans un plan extérieur à l'objet. En général, le champ perturbateur d'un objet, pour les distances d'objets envisagées dans le cas présent, ne peut pas être décrit avec un seul dipkle constituant la source et il faut, pour pouvoir décrire, au moins d'une manière approchée le champ perturbateur, prendre à la base comme source un ensemble spatialement étendu de dipôles de même orientation. Conformément à l'invention, le procédé de compen- sation de champs magnétiques perturbateurs dus à des objets au moyen d'installations magnétiques d'auto- protection réglées par les champs perturbateurs et cons- tituées par des magnétomètres, des dispositifs de con- nexion et de réglage, des étages d'amplificateurs de puis- sance et des systèmes d'enroulement, est caractérisé en ce que les courants d'enroulement nécessaires à une com- pensation proviennent de différences de champ magnétique dans le dispositif ou de l'aimantation ou du moment magné- tique de l'objet; en plus, le champ magnétique extérieur est utilisé pour la dérivation des courants de compen- sation; pour les champs différentiels qui sont grands par rapport à un champ agissant extérieurement, la dif- férence de champs magnétiques est remplacée par une mesure de champ magnétique; le moment magnétique de l'objet est connu approximativement comme grandeur dérivée; les aimantations ou les moments magnétiques ou les grandeurs dérivées sont incorporées directement ou après une fonc- tion générale adaptée dans le circuit de réglage; plusieurs circuits de réglage sont utilisés parallèlement les uns à côté des autres ainsi que hiérarchiquement échelonnés; le procédé est appliqué sur plusieurs axes dans l'espace de l'objet. Suivant une autre caractéristique de l'invention, le procédé est appliqué au voisinage d'autres instal- lations de compensation; les couplages ou les réactions qui peuvent se produire sont compensés; la compensation s'effectue par une matrice dont les coefficients sont déterminés par mesure ou calcul des couplages ou des réactions; la compensation agit électroniquement sur les sorties des magnétomètres différentiels ou magnéti- quement sur la sonde; pour la compensation des couplages ou des réactions, les courants d'enroulement ou leurs champs de compensation sont reliés les uns aux autres suivant le signe; l'optimatisation des circuits SMES et le réglage des paramètres des circuits de réglage s'effectuent de telle manière que les différences de champs perturbateurs ou les gradients de champ pertur- bateur prennent, à la distance de risque, une valeur mini- male; et les systèmes d'enroulement de compensation, par leur géométrie, par des bobines supplémentaires ou partielles, sont, en ce qui concerne le tracé de leur champ magnétique ou de la différence de champ magnétique, adaptés, sous-adaptés ou suradaptés au champ de l'objet. Diverses autres caractéristiques de l'invention ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Une forme de réalisation de l'objet de l'invention est représentée, à titre d'exemple non limitatif, au des- sin annexé. La fig. 1 représente un objet avec ses moments perturbateurs verticaux et les tracés des différences de champ magnétique ou du champ magnétique audessus ou au-dessous de l'objet. La fig. 2 représente l'état de compensation optimal. La fig. 3 correspond au cas o, indépendamment des variations de l'aimantation de l'objet à l'emplacement de la différence de champ maximale, celle-ci est compensée pour une remise à zéro. La fig. 4 est un schéma d'un circuit de réglage SMES. La fig. 1 ne représente que les composantes ver- ticales. Le champ magnétique perturbateur Hz est maximal au-dessous du centre de gravité magnétique de l'objet. Il en est de même pour la différence de champ magnétique DHz au-dessus de l'objet. Les valeurs pour Hz et Hz sont indiquées aussi bien pour l'aimantation positive de l'objet que pour son aimantation négative. L'effet de mesure maximal pour Niz, comme grandeur de réglage pour un circuit de réglage SMES, s'obtient dans ce cas lorsque la ligne de fuite de la sonde de différence indique le centre de gravité magnétique. L'état de compensation optimal indiqué par la fig. 2 s'obtient, pour la méthode de compensation choisie, avec une bobine parcourue par un courant I lorsque le courant est réglé d'une manière optimale, c'est-à-dire lorsque I = Iopt. La compensation est considérée comme optimale lorsque la valeur de la force du champ JHImax, maximale dans le plan de mesure, devient minimale. On peut également donner d'autres définitions de l'état de compensation optimal. Le procédé suivant l'invention peut être également appliqué avantageusement dans le cas d'autres définitions. La fig. 2 montre que, lorsque la compensation est optimale, une valeur différente de zéro apparait en 4H et qu'elle s'inverse en cas d'aimantation négative et également de courant négatif I. La notion de "zéro du champ propre", comme d'après l'état de la technique déjà cité, doit être remplacée ici, pour plus de clarté, par la notion de "compensation optimale". Dans cette compensation optimale, il y a évidem- ment des points ou, dans l'espace, des lignes, sur les- quels un zéro de sonde apparait, mais qui ne peuvent pas être utilisés pour un réglage SMES. En ces points, le signal AH reste constant à zéro quelle que soit l'aiman- tation. Il est donc indiqué de travailler au maximum des sondes comme dans le cas de la fig. 1. Si, en utilisant un intégrateur, on constitue un circuit de réglage, on obtient le schéma indiqué par la fig. 3. Ce schéma indique qu'indépendamment des modifi- cations de l'aimantation de l'objet à l'emplacement du maximum de AH (suivant la fig. 1), celui-ci est compensé pour être ramené à zéro. De ce fait, l'intensité de champ H ne correspond plus à la compensation optimale suivant la fig. 2 et se modifie suivant les modifications de l'aimantation de l'objet. Dans le cas envisagé ici, le champ perturbateur dans le plan spatial est devenu net- tement plus grand qu'il était sans boucle de compensation. Suivant l'invention, le réglage d'une installation SMES doit s'effectuer de telle manière que l'état de compen- sation optimal suivant la fig. 2 soit largement maintenu également et précisément lors des variations de l'aimaa- tation. Il faut pour cela que le AH ne devienne pas, du fait du circuit de réglage, égal à zéro, mais soit réglé sur une valeur de consigne supplémentaire différente de zéro. Cette valeur de consigne doit etre modifiée en fonction de l'aimantation de l'objet. Or, en général, l'aimantation d'un objet n'est pas connue. C'est la raison pour laquelle on utilise en pratique des valeurs déduites. Une valeur de cette nature pour l'aimantation moyenne ou pour le moment magnétique est disponible par exemple dans le courant Iopt néces- saire à la compensation optimale. Lorsqu'on utilise un signal dérivé de ce courant comme valeur de consigne pour 4H dans le circuit SMES distordu, on obtient une formation de valeur de consigne à action flottante pendant la dis- torsion du circuit de réglage et pendant les modifi- cations de l'état magnétique de l'objet. On peut alors obtenir sûrement un état de compensation optimal même en cas de variations du moment magnétique de l'objet. Le signal de courant peut être directement proportionnel ou relié, par un rapport fonctionnel général adapté, à l'information de champ différentiel. Cette relation est fonction de la géométrie de l'objet et des boucles de compensation ainsi que de l'emplacement de la sonde pour champ différentiel. De plus, cette relation est valable pour une distance de sécurité fixe et doit être modifiée pour s'adapter à d'autres distances. Cette relation peut résulter de l'addition électronique des signaux ou d'une addition magnétique, par exemple au moyen d'une bobine auxiliaire ou partielle qui fait agir le courant de com- pensation surtout ou particulièrement sur le magnétomètre différentiel. Avec un circuit de réglage SMES de ce type, toutes les exigences d'un fonctionnement normal peuvent, en principe, être satisfaites. En cas d'incident, il peut arriver que le courant de compensation atteigne sa valeur maximale. Ce circuit peut, lorsque son courant devient maximal, continuer à fonctionner ou être complètement déclenché. Dans les deux cas, il en résulte une augmen- tation considérable du champ perturbateur de l'objet. Ces répercussions gênantes d'un incident de marche peuvent être évitées lorsqu'on utilise, en plus, un magné- tomètre pour la détection du champ magnétique extérieur qui dépend du fonctionnement. On peut obtenir alors, comme dans le système de protection magnétique MES clas- sique, une compensation de l'aimantation induite en enclenchant le champ magnétique extérieur qui dépend du fonctionnement pour l'ajouter à l'amplificateur de puis- sance du courant de compensation. De même, en cas de pré- courant constant, la partie permanente moyenne de l'aiman- tation peut être compensée en conséquence. Le domaine de réglage du courant pour le circuit de réglage SMES peut, de ce fait, être réduit autant que le permettent les modifications des moments magnétiques. Dans ces con- ditions, en cas d'incident, le circuit de réglage SMES peut être déclenché ou débranché, de sorte que, pour le fonctionnement de secours, on dispose encore d'une com- pensation MES classique. Comme magnétomètre, on peut utiliser un magnéto- mètre MES. Lorsque le magnétomètre différentiel est con- venablement monté, on a immédiatement, sans installation supplémentaire, l'information relative au champ magné- tique. Lorsqu'il n'y a pas de champ magnétique extérieur ou que les différences de champ magnétique qui apparais- sent sont grandes par rapport à un champ magnétique exté- rieur de grand volume, la mesure de différence de champ magnétique peut encore être remplacée par une mesure de champ magnétique de champ perturbateur. Il est également possible d'utiliser des circuits de réglage SMES de ce type d'une manière multiple pour différents éléments partiels d'un objet. Dans ce cas, les circuits de mesure peuvent fonctionner en étant lar- gement indépendants les uns des autres ou etre constitués par un circuit de réglage principal et plusieurs circuits de réglage annexes. Bien que, jusqu'à présent, il ait été surtout question d'un sens d'aimantation et d'une bobine de com- pensation, le procédé est également applicable sur plusieurs axes d'aimantation ou de compensation. La construction de circuits de réglage complexes SMES est nettement facilitée lorsque les couplages résul- tant de la superposition des différents circuits de réglage ou les réactions d'autres dispositifs de compen- sation sur les circuits de réglage sont minimisés par compensation. La compensation peut également être assurée par une matrice dont les coefficients sont déterminés par des mesures ou des calculs. La compensation des couplages ou des réactions peut s'effectuer aussi par connexion électronique avec les sorties du magnétomètre différentiel ou par action magnétique sur les sondes. Il est également possible de compenser les couplages ou les réactions en reliant les uns aux autres les courants de bobine ou leurs champs de compensation. Ces méthodes de compensation peuvent être employées seules ou combinées les unes avec les autres. Une optimatisation des circuits SMES peut encore être obtenue du fait qu'à la distance de sécurité envi- sagée les différences ou les gradients dans le champ per- turbateur prennent une valeur minimale. Par ailleurs, un montage spécial des systèmes d'enroulement de compensation peut permettre d'obtenir une large concordance du tracé des champs magnétiques et des différences de champ magnétique entre le champ de l'objet et le champ de l'enroulement. En pratique, on se limitera à la distance de risque ou de sécurité et/ou à tous ou quelques emplacements particuliers. On peut également, par exemple en ce qui concerne les dif- férences de champ magnétique, réaliser une suradaptation, ce qui signifie que les différences de champ magnétique du système d'enroulement correspondant peuvent être rendues plus grandes que les champs différentiels de l'objet qui doivent être compensés. De ce fait, l'effet de mesure augmente, c'est-à-dire que la qualité des sondes dif- f6rentielles n'a pas besoin d'être tellement bonne. Cette adaptation ou suradaptation peut être réalisée avantageu- sement en pratique, par exemple avec des bobines supplé6- menraires ou partielles. Avec la formation de valeurs de consigne à action flottante du circuit de réglage SMES par le courant d'enroulement,le manque d'adaptation rési- duel est compensé après un cadrage convenable. Sur le schéma d'un circuit de réglage SMES repré- senté par la fig. 4, l'objet 1 est représenté aimanté verticalement. La différence de champ magnétique verticale &Hz est mesurée par le magnétomètre différentiel 2 et transformée en une tension par l'installation électro- nique 3. Par l'intermédiaire d'un régulateur 4 et d'un transformateur tension/courant 5 un courant est produit dans une boucle de compensation 6 dont le champ magn6- tique s'oppose A l'aimantation de l'objet. Une partie du courant est ajoutée en 9, dans le sens du signe, par l'intermédiaire d'un transformateur courant/tension 7 et d'un circuit d'adaptation 8 au signal de champ dif- férentiel. Pour la compensation des couplages des autres axes dans l'espace de l'objet, non représenté sur la figure pour plus de simplicité, et des boucles de compen- sation correspondantes, les différences de champ magn6- tique et/ou les courants de compensation des autres axes dans l'espace sont reliés dans une matrice 10 en V et le résultat est envoyé dans un poste d'addition 11 dans le circuit de réglage. Pour la compensation des réactions provenant d'autres installations de compensation MES ou SMES voisines de l'ensemble de l'objet ou d'installations partielles pour cet objet, les courants de compensation et/ou les différences de champ magnétique provenant de ces instal- lations de compensation sont reliées dans une matrice 12 en R et le résultat est envoyé pour addition en 13 dans le circuit de réglage. Le champ magnétique de l'objet qui dépend du mou- vement est mesuré par le détecteur de champ magnétique 14 et transformé dans un dispositif électronique 15 en une tension convenablement cadrée et introduite dans le circuit en arrière du régulateur 4 pour addition en 16 dans le circuit. Par l'intermédiaire d'une source réglable 17 de tension constante, le transformateur courant/tension 5 reçoit une prétension constante qui est introduite en 18 dans le circuit de réglage. Les additions faites en 16 et 18 servent à une compensation en gros de la partie induite ou permanente -de l'aimantation de l'objet et conviennent également pour le fonctionnement en secours lorsque le circuit de réglage SMES fait défaut. REVENDICATIONS i - Procédé de compensation de champs magnétiques perturbateurs dus à des objets au moyen d'installations magnétiques d'auto-protection réglées par les champs per- turbateurs (installations SMES) et constituées par des magnétomètres, des dispositifs de connexion et de réglage, des étages d'ampli- ficateurs de puissance et des systèmes d'enroulement, caractérisé en ce que les courants d'enroulement néces- saires à une compensation proviennent de différences de champ magnétique dans le dispositif ou de l'aimantation ou du moment magnétique de l'objet. 2 - Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'en plus le champ magnétique extérieur est utilisé pour la dérivation des courants de compensation. 3 - Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que pour les champs différentiels qui sont grands par rapport A un champ agissant exté- rieurement, la différence de champs magnétiques est rem- placée par une mesure de champ magnétique. 4 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le moment magnétique de l'objet est connu approximativement comme grandeur dérivée. - Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que les aimantations ou les moments magnétiques ou les grandeurs dérivées sont incorporées directement ou après une fonction générale adaptée dans le circuit de réglage. 6 - Procédé selon l'une des revendications 1 à , caractérisé en ce que plusieurs circuits de réglage sont utilisés parallèlement les uns à côté des autres ainsi que hiérarchiquement échelonnés. 7 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le procédé est appliqué sur plusieurs axes dans l'espace de l'objet. 8 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le procédé est appliqué au voi- sinage d'autres installations de compensation. 9 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les couplages ou les réactions qui peuvent se produire sont compensés. - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la compensation s'effectue par une matrice dont les coefficients sont déterminés par mesure ou calcul des couplages ou des réactions. 11 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que la compensation agit électroniquement sur les sorties des magnétomètres différentiels ou magnétiquement sur la sonde. 12 - Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce que, pour la compensation des couplages ou des réactions, les courants d'enroulement ou leurs champs de compensation sont reliés les uns aux autres suivant le signe. 13 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que l'optimatisation des circuits SMES et le réglage des paramètres des circuits de réglage s'effectuent de telle manière que les différences de champs perturbateurs ou les gradients de champ perturbateur pren- nent, à la distance de risque, une valeur minimale. 14 - Procédé selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que les systèmes d'enroulement de compensation, par leur géométrie, par des bobines supplé- mentaires ou partielles, sont, en ce qui concerne le tracé de leur champ magnétique ou de la différence de champ magnétique, adaptés, sous-adaptés ou suradaptés au champ de l'objet.