Brevet FR2570190A1 — publié le 19860314

1S9u0 L'invention concerne un dispositif de détec- tion d'hétérogénéités spatiales dans un diélectrique, notamment pour la mesure corrélative de temps de par- cours ou de vitesse. Des dispositifs de ce genre sont décrits notamment dans la demande de brevet allemand 32 35 750. Si les capteurs capacitifs utilisés comme détecteurs de proximité ou de niveau n'ont généralement besoin de répondre qu'à une variation de la capacité totale moyenne, il est des cas o les hétérogénéités spatia- les du diélectrique doivent être détectées avec la plus grande définition possible et localisées avec la plus grande précision possible. Cela signifie que le filtre de fréquences spatiales formé par le capteur capacitif doit avoir une fréquence limite aussi élevée que possible. Cet impératif doit être satisfait notam- ment pour la mesure de temps de parcours ou de vitesse par corrélation à l'aide de capteurs capacitifs. On sait que la mesure de temps de parcours ou de vitesse par corrélation consiste à obtenir des signaux pro- duits par les fluctuations du milieu en mouvement à l'aide de deux capteurs disposés à une certaine dis- tance l'un de l'autre dans la direction du mouvement, puis à construire la fonction de corrélation mutuelle des deux signaux et à déduire de la position du maxi- mum de cette fonction une information sur le temps de parcours du milieu. Les capteurs capacitifs habi- tuellement utilisés à cette fin se composent de deux électrodes disposées face à face et entre lesquelles se trouve le diélectrique dont les hétérogénéités spatiales doivent être détectées. La demande de bre- vet RFA 32 35 750 décrit la façon dont la division des deux électrodes en électrodes partielles et le codage de la disposition des électrodes partielles permet- tent d'obtenir simultanément une fréquence limite élevée du filtre de fréquences spatiales formé par les électrodes et une bonne sensibilité du capteur capacitif. Les signaux obtenus à l'aide de ces capteurs capacitifs contiennent une composante continue impor- tante, alors que les composantes utiles du signal, c'est-à-dire les composantes produites par les hété- rogénéités spatiales du diélectrique, sont générale- ment très petites. Dans tout capteur capacitif, la composante continue du signal est due principalement à la capacité de base moyenne à laquelle sont superpo- sées les fluctuations de capacité produites par les hétérogénéités spatiales. Les fluctuations de la composante continue dues à des fluctuations de la tension d'alimentation, par exemple, ou à des influen- ces perturbatrices extérieures sont particulièrement gênantes et souvent bien plus importantes que les fluctuations représentant le signal utile. L'élimina- tion plus ou moins complète de la composante continue du signal et des fluctuations de cette composante nécessite un investissement considérable en circuits pour le traitement du signal obtenu. Dans les demandes de brevets RFA 25 44 822 et 44 825, il est indiqué, pour le cas de la mesure corrélative de temps de parcours ou de vitesse avec détection optique, que la composante continue du signal peut être éliminée par formation de la diffé- rence des signaux de sortie de deux détecteurs opti- ques disposés à une certaine distance l'un de l'autre dans la direction du mouvement. Cela est possible sans précautions particulières avec des détecteurs optiques car ceux-ci n'influent pas l'un sur l'autre, aussi près soient-ils l'un de l'autre. L'efficacité et la précision des capteurs capacitifs dépendent de l'homogénéité du champ élec- trique entre les deux électrodes. Or, l'homogénéité de ce champ est perturbée lorsque des électrodes proches l'une de l'autre sont à des potentiels diffé- rents et variables dans le temps par suite d'hétéro- généités spatiales du diélectrique. Les distorsions du champ électrique qui en résultent ont un effet défavorable sur le pouvoir séparateur spatial du capteur capacitif.et empêchent d'éliminer totalement la composante continue du signal. C'est pourquoi la méthode d'élimination de la composante continue du signal par soustraction utilisée dans des capteurs optiques ne peut être étendue directement aux capteurs capacitifs. L'invention a pour but la réalisation d'un dispositif à l'aide duquel des hétérogénéités spatiales dans un diélectrique peuvent être détectées avec un grand pouvoir séparateur en éliminant complètement la composante continue du signal. Selon l'invention, ce résultat est obtenu en associant au moins une paire d'électrodes de détec- tion à une électrode émettrice commune alimentée par une source de tension électrique, les électrodes de détection de chaque paire étant connectées à un - montage électronique qui élabore un signal de sortie correspondant à la différence des courants de déplace- ment induits par influence dans les électrodes de détection et maintient celles-ci en permanence au même potentiel par rapport à la tension d'alimentation. Dans le dispositif selon l'invention, les deux électrodes de détection de chaque paire peuvent être disposées aussi près l'une de l'autre que l'on veut sans influer l'une sur l'autre ni produire de distorsions du champ électrique car elles sont mainte- nues en permanence au même potentiel par rapport à la tension d'alimentation appliquée à l'électrode émet- trice commune. Cela n'est possible que parce que le 257 01 90 montage électronique associé ne répond pas à la tension des électrodes, mais aux courants de déplace- ment induits par influence dans les électrodes de détection. C'est pourquoi, dans le signal de sortie correspondant à la différence des courants de dépla- cement, toutes les composantes continues et toutes les fluctuations dues à des influences perturbatrices qui agissent de la même façon sur les deux électrodes- de détection de la paire sont entièrement éliminées. De plus, le dispositif selon l'invention assure une localisation très précise de toute hétérogénéité par rapport au milieu de l'intervalle compris entre les deux électrodes de chaque paire d'électrodes de détec- tion disposées cÈte à côte, cet intervalle pouvant être très étroit grâce à l'absence d'influence mutuelle des électrodes de détection. La réalisation selon l'invention permet d'employer très facilement des électrodes de protection car celles-ci peuvent être facilement maintenues au même potentiel que les électrodes de détection par rapport à la tension d'alimentation. Le pouvoir sépa- rateur et la sensibilité du capteur peuvent encore être augmentés par d'autres moyens tels que la division des électrodes de détection en électrodes partielles, la disposition de celles-ci pouvant être imbriquée ou codée, ou les deux. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description d'exemples de réalisation représentés par les dessins annexes: 30. la figure 1 est le schéma de principe du capteur capacitif et du montage électronique associé dans un dispositif destiné à la détection d'hétéro- généités spatiales dans un diélectrique selon l'in- vention; 35. la figure 2 est un graphique destiné à faciliter la compréhension du fonctionnement du dispo- sitif de la figure 1; la figure 3 représente un dispositif des- tiné à la mesure de temps de parcours ou de vitesse par corrélation à l'aide de deux capteurs capacitifs du type représenté à la figure 1; la figure 4 est une forme de réalisation modifiée du dispositif destiné à la mesure de temps de parcours par corrélation, cette variante utilisant un capteur capacitif à trois électrodes; la figure 5 est une forme de réalisation modifiée du capteur capacitif du dispositif selon l'invention dans laquelle les électrodes de détection sont divisées en électrodes partielles imbriquées; 15. la figure 6 est une forme de réalisation modifiée du dispositif selon l'invention dans laquelle les électrodes de détection sont divisées en électrodes partielles disposées suivant un code prédéterminé; la figure 7 est une forme de réalisation modifiée du dispositif de la figure 6 dans laquelle les électrodes partielles disposées suivant un code sont partiellement imbriquées. La figure 1 représente schématiquement la structure essentielle élémentaire du dispositif de détection d'hétérogénéités spatiales dans un diélectri- que. Le dispositif comprend un capteur capacitif 10, une source de tension électrique 12 et un montage électronique 14. Le capteur capacitif 10 comporte une élec- trode émettrice 16 et une paire d'électrodes de détec- tion 18, 20 disposées en face de l'électrode émettrice 16 à une distance d de celle-ci. Entre l'électrode émettrice 16, d'une part, et les électrodes de détec- tion 18, 20, d'autre part, se trouve le diélectrique 22 dont les hétérogénéités spatiales doivent être détectées. L'axe X, orienté de haut en bas dans le plan de la figure, représente la direction de mesure, c'est-à- dire la direction dans laquelle la position ou le mouvement d'hétérogénéités spatiales du diélectrique 22 doivent être détectées. Comme exemple d'hétérogénéité spatiale, on a représenté une particule 24 qui se déplace à la vitesse v dans la direction de l'axe X, et ce, soit avec le diélectrique 22, soit par rapport à celui-ci lorsqu'il est au repos. L'électrode émettrice 16 a, dans la direc- tion de mesure X, une longueur L plus grande que la distance d. Les électrodes de détection 18, 20 sont disposées l'une à côté de l'autre dans la direction de mesure X de telle façon qu'elles soient séparées par un étroit intervalle 26 dont la largeur b est petite par rapport à la longueur L de l'électrode émettrice 16 et à la distance entre électrodes d. La longueur des électrodes de détection 18, 20 dans la direction de mesure n'est pas critique, mais doit dans tous les cas être grande par rapport à la lar- geur de l'intervalle b. On voit immédiatement que l'électrode émettrice 16 forme respectivement avec chacune des électrodes de détection 18 et 20, un condensateur dont la capacité dépend des dimensions des électrodes, de l'écartement entre électrodes d et de la constante diélectrique du diélectrique situé entre les électro- des. La source de tension 12 applique à l'élec- trode émettrice 16 une tension électrique par rapport à un potentiel de référence qui, dans le dispositif de la figure 1, est le potentiel de la masse. Chaque électrode de détection 18, 20 est connectée respectivement à une entrée 14a ou 14b, du montage électronique 14. Ce montage est conçu pour 2 570190 remplir les fonctions suivantes: 1. il répond aux courants de déplacement induits par influence dans chaque électrode de détec- tion 18, 20 par suite de la tension appliquée à l'électrode émettrice 16 ou par des charges statiques (les grandeurs d'influence peuvent être séparées par un choix approprié des sources de tension 12 et par un traitement également approprié du signal UA); 2. il fournit à sa sortie 14c un signal qui correspond à la différence des deux courants de déplacement induits par influence dans les deux élec- trodes de détection 18, 20; 3. il maintient les électrodes de détection au même potentiel par rapport à la tension d'alimenta- tion appliquée à l'électrode émettrice 16. Ces fonctions sont remplies de façon très simple par le montage électronique 14 dont la struc- ture est représentée à la figure 1. L'électrode de détection 18 est connectée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel via l'entrée 14a, dans le circuit de contreréaction duquel est inséré un condensateur 32 qui peut être ponté par une résistance 33o De la même façon, l'élec- trode de détection 20 est connectée à l'entrée inver- seuse d'un amplificateur opérationnel 34 dans le cir- cuit de contre-réaction duquel est inséré un condensa- teur 36 qui peut être ponté par une résistance 37. Les entrées non inverseuses des deux amplificateurs opérationnels sont au potentiel auquel les électro- des de détection doivent être maintenues par rapport à la tension d'alimentation. Dans le cas le plus simple, ce potentiel peut être le potentiel de la masse comme le représente la figure 1. Les sorties des deux amplificateurs opérationnels 30 et 34 sont connectées aux deux entrées d'un montage soustracteur 40 qui forme la différence entre les signaux de sortie des deux amplificateurs opérationnels. La sortie du montage soustracteur 40 constitue la sortie 14c du montage électronique 14. Le spécialiste voit immédiatement que le montage électronique décrit ci-dessus remplit parfai- tement les fonctions énumérées plus haut: 1. On sait que la tension de sortie d'un amplificateur opérationnel monté en inverseur est toujours telle que le courant circulant dans le circuit de contre-réaction soit égal au courant dans l'entrée inverseuse. Dans le dispositif de la figure 1, le courant qui circule dans l'entrée inverseuse de chaque amplificateur opérationnel est le courant de déplacement induit par influence dans l'électrode de détection connectée à cette entrée. La tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est, par consé- quent, proportionnelle au courant de déplacement induit par influence. Les notations adoptées sont les suivantes: UG tension d'alimentation appliquée par la source de tension 12 à l'électrode émettrice 16 et pour laquelle on admet pour commencer qu'il s'agit d'une tension alternative de fréquence fG; c C18 capacité entre l'électrode émettrice 16 et l'électrode de détection 18; C32 capacité du condensateur 32 inséré dans le cir- cuit de contre-réaction de l'amplificateur opé- rationnel 30; R33 valeur ohmique de la résistance 33; U30 tension de sortie de l'amplificateur opération- nel 30; C20, C36, R37, U34 grandeurs correspondantes pour l'électrode de détection 20 et la partie asso- ciée du montage électronique. La valeur ohmique des résistances R33 et R37 est si grande que leur effet est négligeable; cette condition est remplie pour: R " 1R " 33> 2wfG.C18 37 2rfG.C20 On obtient alors les tensions suivantes aux sorties des amplificateurs opérationnels 30 et 34, respectivement: C18 U = 18 U. (1) U30 C2. UG 1) C20 UG (2) U34 C36 G (2) 2. Le montage soustracteur 40 forme la diffé- rence des deux tensions U30 et U34 et fournit ainsi à sa sortie une tension UA donnée par la formule: 2 0 = -0 34 = C36 C[32 A 3632 G 3. On sait que la sortie d'un amplificateur opérationnel à contreréaction est toujours telle que la tension entre les deux entrées soit pratiquement nulle (abstraction faite d'un très faible écart de régulation). L'entrée inverseuse est ainsi pratiquement maintenue au potentiel de l'entrée non inverseuse. Dans le montage de la figure 1, les électrodes de détection 18, 20 sont connectées directement aux entrées inverseuses des amplificateurs opérationnels et 34, respectivement; elles sont ainsi maintenues pratiquement au potentiel des entrées non inverseuses, ce potentiel pouvant être le potentiel de la masse, par exemple, comme dans le montage de la figure 1. 2 701 9 I J Etant donné que le potentiel de la masse est en même temps le potentiel de référence pour la tension appli- quée à l'électrode émettrice 16 par la source de tension 12, les deux électrodes de détection 18, 20 sont maintenues au même potentiel par rapport à la tension appliquée à l'électrode émettrice 16. La structure et les circuits du dispositif capteur représenté à la figure 1 conduisent au fonc- tionnement suivant: Si les électrodes de détection ont les mêmes dimensions et sont disposées de façon identique par rapport à l'électrode émettrice 16 et si l'on admet pour commencer que le diélectrique 22 qui se trouve entre les électrodes est homogène, les capacités C18 et C20 ont la même valeur. Si, de plus, les deux électrodes de détection 18, 20 sont connectées de façon identique, notamment si les capacités C32 et C36 des condensateurs de contre-réaction 32 et 36 ont la même valeur, les tensions de sortie U30 et U34 ont également la même valeur conformément aux for- mules (1) et (2) données plus haut. Il en résulte que, avec les hypothèses admises, la tension de sortie UA du montage soustracteur 40 est nulle. Cela signifie que les composantes continues contenues dans les signaux prélevés aux électrodes de détection 18, 20 sont éliminées dans le signal de sortie UA. En particu- lier, l'influence des perturbations qui agissent de la même manière sur les signaux des deux électrodes de détection 18, 20 est éliminée du signal de sortie. Le résultat est obtenu non seulement avec un diélectrique 22 entièrement homogène, mais égale- ment avec un diélectrique hétérogène, pour autant que les hétérogénéités soient réparties statistiquement de telle façon que les capacités moyennes des élec- trodes de détection 18, 20 aient la même valeur. Cela 1 1 peut être le cas lorsque., par exemple, le diélectrique 22 contient un grand nombre de fines particules uni- formément réparties. La structure décrite réalise ainsi la compensation de la capacité de base moyenne, et ce indépendamment de la charge appliquée par effet de capacité. Si, au contraire, le diélectrique 22 contient une hétérogénéité spatiale qui rompt l'équilibre des capacités moyennes C18 et C20 des deux électrodes de détection 18, 20, comme cela est représenté à la figure 1 par la particule 24, les capacités C18 et C20 varient différemment en fonction de la position de l'hétérogénéité le long de l'axe de mesure X. Le signal de sortie UA du montage soustracteur 40 prend alors une valeur qui dépend de la différence entre les deux capacités conformément à la formule (3). La figure 2 donne un exemple de l'amplitude du signal de sortie UA du montage soustracteur 40 en fonction de la position d'une particule le long de l'axe de mesure X. L'origine du système de coordon- nées correspond au milieu de l'intervalle 26 compris entre les deux électrodes de détection 18, 20 représentées sous l'axe X pour faciliter la compré- hension du graphique. Si la particule se trouve à une distance relativement grande des deux électrodes de détection 18, 20 dans la direction de l'axe de mesure X, le signal de sortie UA a une valeur nulle car l'in- fluence de la particule sur les deux électrodes de détection est alors très faible et approximativement égale. Si la particule s'approche de l'électrode de détection 18, la tension de sortie croit dans le sens positif jusqu'à ce qu'elle atteigne une valeur maxi- male qu'elle conserve pratiquement pendant le passage v 19 de la particule devant l'électrode de détection 18. Lorsque la particule arrive en face de l'intervalle 26, l'amplitude du signal de sortie UA décroît brusquement et s'annule lorsque la particule est située symétriquement par rapport au milieu de l'intervalle 26. Après être passé par zéro, le signal de sortie UA augmente avec la même pente jusqu'à une valeur maximale négative qu'il conserve pratiquement pendant tout le passage de la particule devant l'électrode de détection 20. L gradient abrupt du passage par zéro de l'amplitude du signal de sortie UA permet de déterminer avec une grande précision la position moyenne de la particule 24 par rapport à l'intervalle 26. Seule la position de la particule dans la direction de l'axe de mesure X compte pour cela, sa position par rapport aux électrodes de détection dans les directions per- pendiculaires à la direction de mesure n'influant pas sur le résultat de la mesure. Le gradient au voisinage du passage par zéro est maximal au milieu de l'inter- valle 26 pour toutes les positions de la particule dans les directions perpendiculaires à la direction-de mesure X. Il existe donc un plan perpendiculaire à l'axe X dans lequel la tension de sortie du capteur s'annule. Les propriétés avantageuses du dispositif capteur décrit résultent en premier lieu de la bonne homogénéité du champ électrique régnant dans le cap- teur capacitif 10 et surtout dans la zone moyenne contenant l'intervalle 26. L'homogénéité du champ électrique est due en grande partie au fait que la largeur b de l'intervalle 26 est très petite par rapport à la longueur L de l'électrode émettrice 16 car on évite ainsi que les distorsions du champ électrique sur les bords de cette électrode se fassent 257 0 190 sentir dans la zone de l'intervalle 26. De plus, la faible largeur b de l'intervalle 26 crée une zone de mesure très étroite conduisant à un gradient abrupt. En pratique, la largeur de l'intervalle 26 peut être réduite à environ 1% de la distance d représentée à la figure 1. L'homogénéité du champ électrique est toute- fois due surtout au fait que les électrodes de détec- tion 18, 20 disposées en face de l'électrode émettrice 16 sont maintenues au même potentiel par rapport à la tension d'alimentation sur une longueur aussi grande que possible de chaque côté de l'intervalle 26. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, ce résultat est obtenu par le fait que les deux électrodes de détection 18, 20, qui sont maintenues pratiquement au potentiel de la masse, ont une longueur importante dans la direction de mesure X. Nous montrerons plus loin que, dans les cas o les électrodes de détection doivent avoir une petite longueur dans la direction de mesure pour obtenir un petit volume de mesure, le même résultat peut être obtenu à l'aide d'une élec- trode de protection connectée aux électrodes de détec- tion, l'électrode de protection et les électrodes de détection étant maintenues au même potentiel par rap- port à la tension d'alimentation. Cet artifice per- met dans tous les cas de maintenir les distorsions du champ électrique sur les bords le plus loin possi- blé de l'intervalle 26. En plus de l'homogénéité du champ électri- que décrite ci-dessus, l'emploi d'une électrode émettrice commune alimentée par une tension unique en liaison avec deux (ou éventuellement plusieurs) électrodes de détection assure que des irrégularités éventuelles de l'alimentation en tension ne peuvent pas provoquer d'erreurs de mesure. Comme les deux 2 5 0 190 électrodes de détection sont alimentées sous la même tension, la symétrie des tensions est complète et, dans le cas d'alimentation par une tension alterna- tive, le couplage est assuré avec une fréquence et une phase fixes. Cet effet est indépendant des pro- priétés du diélectrique et notamment de son facteur de pertes. Ce montage a en outre l'avantage d'un investissement réduit car il ne nécessite qu'une seule source de tension. La formation de la différence des signaux obtenus aux électrodes de détection produit le même résultat qu'un filtre de fréquences spatiales à carac- téristique passe-bande, comme le montre la figure 2, les composantes continues des signaux, notamment, étant éliminées dans le signal de sortie. Ce résultat facilite le traitement du signal en rendant un fil- trage électronique pratiquement inutile. L'allure de la courbe de réponse en fréquence spatiale dépend de la géométrie des électrodes de détection. Jusqu'ici, il n'a pas été question de la nature de la tension fournie par la source de tension 12. Comme le dispositif répond aux courants de dépla- cement induits par influence dans les électrodes de détection, il peut fonctionner aussi bien avec une tension continue qu'une tension alternative de fré- quence et forme quelconques (tension sinusoïdale, tension en créneaux, etc.). Si le dispositif doit réagir également à des hétérogénéités du diélectrique à déplacement lent ou à des hétérogénéités fixes, ou si l'influence des charges statiques doit être éli- minée,la tension appliquée à l'électrode émettrice doit être une tension alternative. Si la tension appliquée est une tension continue, des courants de déplacement ne sont induits par influence que si les hétérogénéités se déplacent ou, s'il s'agit de particules chargées, que si les charges électrosta- tiques se déplacent. Le traitement du signal obtenu dépend naturellement de la nature de la tension d'alimentation et est évident pour le spécialiste. Si la tension d'alimentation est une tension en cré- neaux ou une tension sinusoidale, on peut employer, par exemple, une détection sensible à la phase ou un changement de fréquence à phase fixe par filtre à *capacités commutées. Le potentiel auquel les électrodes de détection sont maintenues peut aussi être choisi librement. Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, ce potentiel est le potentiel de la masse. Cette solu- tion peut généralement être employée, mais elle n'est nullement obligatoire. Il faut se rappeler en premier lieu que le potentiel des électrodes de détection ne doit pas être un potentiel fixé de façon absolue, mais seulement par rapport à la tension d'alimentation. Si, par exemple, la tension d'alimentation est une tension alternative, les électrodes de détection doivent être maintenues au même potentiel par rapport à cette tension alternative, mais elles peuvent être à des potentiels très différents en tension continue. Inversement, si la tension d'alimentation est une tension continue, les électrodes de détection sont maintenues au même potentiel en tension continue, mais elles peuvent avoir des potentiels différents en tension alternative. Le même raisonnement s'appli- que au potentiel d'une électrode de protection lors- qu'une telle électrode est employée, ce qui sera décrit plus loin. Le dispositif capteur de la figure 1 peut avantageusement être utilisé dans toutes les applica- tions dans lesquelles les capteurs capacitifs sont *35 employés pour détecter des hétérogénéités dans un diélectrique et présente par rapport à ceux-ci l'avantage de l'élimination de la composante continue du signal et du pouvoir séparateur amélioré. Un domaine d'application privilégié de ces capteurs capacitifs est l'obtention de signaux aléatoires se prêtant au traitement de signaux par corrélation tels qu'ils sont notamment nécessaires pour la mesure sans contact de temps de parcours ou de vitesse. On sait que le principe de la mesure de temps de par- cours ou de vitesse par corrélation consiste à obte- nir des signaux aléatoires à l'aide de capteurs géné- ralement sans contact en deux endroits du milieu en mouvement séparés -par une certaine distance dans la direction du mouvement, puis à construire la fonction de corrélation mutuelle des deux signaux et à déduire de la position du maximum de la fonction une infor- mation sur le temps de parcours ou la vitesse du milieu en mouvement. L'utilisation de capteurs capa- citifs est possible lorsque le milieu en mouvement présente des hétérogénéités d'un diélectrique. Un exemple typique d'application de ces capteurs se trouve dans le transport pneumatique des matières solides en grains ou en poudre. La figure 3 représente, à titre d'exemple de ce cas d'application, la mesure par corrélation de la vitesse d'un milieu transporté dans une conduite 50, effectuée à l'aide de deux dispositifs capteurs capacitifs du type représenté à la figure 1. Pour faciliter la compréhension de la figure, les parties constitutives de chaque dispositif capteur portent les mêmes repères numériques qu'à la figure 1, ces repères étant affectés du signe (1) dans un dis- positif capteur et du signe (") dans l'autre. Ces parties constitutives remplissent les mêmes fonctions que dans le dispositif de la figure 1 et il n'est, par conséquent, pas nécessaire d'expliquer ces fonctions 2570 1 0 en détail une nouvelle fois. Le dispositif de la figure 3 présente toute- fois les particularités suivantes: Les capteurs capacitifs 10' et 10" sont disposés le long de la conduite 50 de telle façon que les intervalles 26' et 26" respectivement entre leurs électrodes de détection 18', 20' et 18", 20", soient à une distance D déterminée l'un de l'autre. Les électrodes émettrices 16', 16" et les électrodes de détection 18', 20', 18", 20" sont situées sur la surface extérieure de la conduite 50 et sont incurvées en conséquence. La conduite 50 est naturelle- ment constituée d'un matériau diélectrique. Par suite de la courbure des électrodes, la distance entre chaque électrode émettrice et les électrodes de détection qui lui font face n'est pas constante. On peut néanmoins définir une distance "effective" égale à la distance entre des électrodes planes équivalentes. Les dimensions des électrodes de détection 18',20';18",20" dans la direction de mesure, donc parallèlement à l'axe de la conduite 50, sont bien plus petites que la longueur des électrodes émettrices 16', 16" dans la même direction. Les deux électrodes émettrices 16', 16" sont alimentées en parallèle par la source de tension 12. La conduite diélectrique 50 est recouverte d'une enveloppe de protection 52 qui présente des ouvertures 54', 54" et 56', 56". Dans les ouvertures 54', 54" sont disposées respectivement les électrodes émettrices 16' et 16", et dans les ouvertures 56', 56" sont disposées respectivement les électrodes de détection 18', 20' et 18", 20". Les ouvertures sont dimensionnées de telle façon que la largeur de l'intervalle entre les électrodes et l'enveloppe de protection qui les entoure soit très petite. Cette largeur est de préférence du même ordre de grandeur que la largeur des intervalles 26', 26" entre les électrodes de détection, soit environ 1% de la distance effective entre les électrodes, par exemple. L'enveloppe de protection 52 et les élec- trodes de détection 18', 20', 18", 20" sont maintenues au même potentiel par rapport à la source de tension 12. Dans l'exemple de réalisation représenté, ce résultat est obtenu simplement en connectant l'enve- loppe de protection directement à la masse. L'enve- loppe de protection est doncportée à un potentiel fixe par rapport à la source de tension 12, potentiel auquel les électrodes de détection sont pratiquement maintenues. Les signaux de sortie des deux montages soustracteurs 40', 40" sont appliqués aux deux entrées d'un corrélateur 60 et constituent les signaux Sx et S à corréler. Si le corrélateur est conçu de telle façon qu'il puisse traiter directement les signaux de sortie des montages soustracteurs 40', 40", ses entrées peuvent être connectées directement aux sorties de ces montages. Dans le cas contraire, comme le représente la figure 3, on insère entre la sortie de chaque montage soustracteur et l'entrée correspon- dante du corrélateur 60 respectivement un circuit de traitement du signal 58' ou 58", qui met le signal de sortie du montage soustracteur sous une forme conve- nant au traitement par le corrélateur. Comme on le sait, dans la méthode de mesure de temps de parcours ou de vitesse par corrélation, le corrélateur 60 construit la fonction de corréla- tion mutelle des deux signaux Sx et S en multipliant xy des valeurs instantanées du signal S par des valeurs Y35 instantanées du signal Sx retardées de différentes instantanées du signal Sx retardées de différentes valeurs du temps et en fournissant la valeur moyenne des produits obtenus pendant un temps d'observation déterminé. Pour chaque valeur du retard, on obtient un point de la fonction de corrélation mutuelle. Dans le cas d'application représenté, la fonction de corrélation mutuelle présente un maximum pour un retard déterminé égal au temps de parcours du milieu en mouvement du capteur 10' au capteur 10". Cette méthode de mesure repose sur le fait que les hétéro- généités spatiales du diélectrique, lors de leur pas- sage devant les deux capteurs, produisent des fluc- tuations des signaux de sortie qui présentent certai- nes ressemblances. Comme la distance D entre les deux capteurs 10' et 10" est connue avec précision, le temps de parcours obtenu permet de calculer facile- ment la vitesse d'écoulement du milieu. Comme les électrodes de détection et l'enveloppe de protection sont maintenues au même potentiel, l'enveloppe de protec- tion 52 remplit la même fonction que l'électrode de protection mentionnée par Kelvin dès son époque et grâce à laquelle l'influence des capacités parasites est éliminée et les distorsions du champ électrique dues à l'effet de bord sont évitées. Alors que dans les dispositifs connus, la tension existant entre les électrodes des condensateurs fluctue, ce qui oblige à faire suivre au potentiel de l'électrode de protection le potentiel d'une électrode de condensateur, le dispositif décrit présente la particularité que l'électrode émettrice, d'une part, et les électrodes de détection et de protection, d'autre part, sont chacune à un potentiel fixe. Cela est possible parce que la détection des hétérogénéités du diélectrique n'est pas fondée sur la mesure de la tension entre les électrodes du capteur capacitif, mais sur la mesure des courants de déplacement induits par influence dans les électrodes de détection. L'application du principe de l'électrode de protection permet notamment de réduire les dimen- sions des électrodes de détection dans la direction de mesure sans nuire à l'homogénéité du champ élec- trique dans le capteur capacitif. Ceci permet d'agir sur l'allure de la courbe de réponse en fréquence spatiale du filtre de fréquences spatiales formé par les deux électrodes de détection associées au montage soustracteur. Comme les électrodes émettrices 16', 16" sont à un potentiel différent de celui de l'enveloppe de protection 52, le champ électrique est naturellement déformé sur les bords de chaque électrode émettrice, entre celle-ci et l'enveloppe de protection. Pour éliminer l'influence de ces distorsions du champ sur le résultat de la mesure, on conserve la grande dimension des électrodes émettrices dans la direction de mesure (parallèlement à l'axe de la conduite). Ceci assure que l'homogénéité du champ électrique dans la zone des électrodes de détection et notamment dans la zone de l'intervalle compris entre ces électrodes n'est pas affectée par les distorsions du champ sur les bords des électrodes émettrices. La figure 4 représente une forme de réalisa- tion modifiée d'un dispositif de mesure de vitesse par corrélation qui constitue en même temps un exem- ple du cas o plus de deux électrodes de détection sont associées à une électrode émettrice. Le milieu dont la vitesse d'écoulement doit être mesurée à l'aide d'un capteur capacitif 70, est transporté dans un tuyau diélectrique 72 recouvert d'une enveloppe de protection 74, au moins dans la partie occupée par le capteur capacitif 70, dans laquelle des ouvertures 75 et 76 sont ménagées. Dans 270 190 l'ouverture 75 est disposée une électrode émettrice 78 connectée à une source de tension 80. Dans l'ouver- ture 76, trois électrodes de détection 82, 84, 86 sont disposées dans la direction de mesure (parallè- lement à l'axe du tuyau) de telle façon que d'étroits intervalles 83 et 85, respectivement, soient formés entre elles. Les dimensions des électrodes et des ouvertures sont conformes aux règles expliquées à l'aide de la figure 3. La dimension de l'électrode émettrice 78 dans la direction de mesure est bien plus grande que la longueur de la zone occupée par les trois électrodes de détection 82, 84, 86. Les ouver- tures 75 et 76 sont dimensionnées de telle façon que les intervalles entre les électrodes et l'enveloppe de protection soient très étroits. Les électrodes de détection 82, 84, 86 sont connectées de la même façon que les électrodes de détection des exemples de réalisation décrits plus haut. C'est ainsi que l'électrode de détection 82 est connectée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 88 dans le circuit de contre-réaction duquel est inséré un condensateur 89. L'électrode de détection 84 est connectée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 90 dans le circuit de contre-réaction duquel est inséré un condensateur 91, tandis que l'électrode de détection 86 est connectée à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 92 dans le circuit de contre-réaction duquel est inséré un condensateur 93. Les entrées non inverseuses des trois amplificateurs opérationnels 88, 89, 92 et l'enveloppe de protection 72 sont au même potentiel, celui-ci étant le potentiel de la masse dans l'exemple décrit. Les résistances éventuelle- ment montées en parallèle sur les condensateurs insérés dans les circuits de contre-réaction des amplificateurs opérationnels ne sont pas représentées pour simplifier la figure 4. Les deux entrées d'un montage soustracteur 94 sont connectées aux sorties des amplificateurs opéra- tionnels 88 et 90 de telle façon que le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 90 soit retran- ché du signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 88. Les deux entrées d'un montage soustracteur 96 sont connectées aux sorties des amplificateurs opérationnels 90 et 92 de telle façon que le signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 92 soit retranché du signal de sortie de l'amplificateur opérationnel 90. Les signaux de sortie des deux montages soustracteurs 94, 96 sont appliqués aux deux entrées d'un corréla- teur 98 et constituent les signaux Sx et Sy, respec- tivement, à corréler. Les montages de traitement de signaux éventuellement insérés entre les montages soustracteurs et le corrélateur ne sont pas représen- tés à la figure 6 pour simplifier celle-ci. Si, conformément au mode de notation adopté plus haut, on désigne les tensions de sortie des amplificateurs opérationnels 88, 90, 92 par U88, U90, U92, on a les formules suivantes pour les signaux de sortie des montages soustracteurs 94, 96: Sx U88 U90 Sy = U U92 Les trois électrodes de détection de la figure 4 forment donc deux paires d'électrodes auxquelles l'électrode du milieu est commune. Les signaux obtenus de cette façon à l'aide de trois électrodes de détection ont par principe les mêmes propriétés que les signaux obtenus à l'aide de quatre électrodes de détection dans le dispositif de la figure 3, avec cette différence toutefois que la distance D, qui est déterminante pour la mesure de temps de parcours ou de vitesse, est maintenant la distance entre les milieux des intervalles 83 et 85, distance bien plus petite que la distance D entre les milieux des détecteurs capacitifs 10' et 10" du dispositif de la figure 3. La réduction de la distance de mesure est avantageuse pour la corrélation des signaux car la concordance des hétérogénéités du diélectrique aux emplacements de mesure diminue lors- que le temps de parcours augmente. C'est pourquoi le maximum de la fonction de corrélation mutuelle obtenu avec le dispositif de la figure 4 est nettement plus marqué que celui obtenu avec le dispositif de la figure 3. De plus, la forme de réalisation de la figure 4 présente l'avantage essentiel de nécessiter beaucoup moins de place dans la direction de mesure. Il faut ajouter à cela que la réalisation des élec- trodes est simplifiée et le nombre des circuits électroniques nécessaires est diminué. L'artifice décrit à l'aide de la figure 4 peut être étendu à des dispositifs capteurs à plus de deux électrodes de détection, chaque groupe de - trois électrodes de détection formant deux paires d'électrodes auxquelles l'électrode du milieu est commune. La réduction de la longueur des électrodes de détection dans la direction de mesure permise par l'emploi d'une électrode de protection dans les dis- positifs des figures 3 et 4 présente bien l'avantage d'influer favorablement sur la courbe de réponse en fréquence spatiale du filtre de fréquences spatiales formé par les électrodes de détection en élargissant la bande des fréquences transmises vers les fréquences supérieures, mais elle a l'inconvénient de réduire la sensibilité du capteur car le volume de mesure utile ("ouverture") de chaque électrode de détection est réduit en conséquence. On sait que cet inconvénient peut être évité en divisant chaque électrode de détection en plusieurs électrodes partielles reliées électriquement entre elles et en adoptant une disposi- tion imbriquée pour les électrodes partielles de deux (ou plusieurs) électrodes de détection. L'"ouverture" de chaque électrode de détection, qui est déterminante pour la sensibilité, correspond alors à la somme des "ouvertures" des électrodes-partielles, tandis que ce sont les dimensions des électrodes partielles qui sont déterminantes pour la courbe de réponse en fré- quence spatiale. Ce principe est applicable aux dispositifs capteurs décrits ici en conservant tous les avantages des électrodes de détection maintenues pratiquement au même potentiel et éventuellement de l'électrode de protection maintenue au même potentiel. La figure 5 représente à titre d'exemple un capteur capacitif 100 monté sur un tuyau diélec- trique 102 et formé d'électrodes de détection divi- sées. La surface extérieure du tuyau 102 est, ici aussi, recouverte d'une enveloppe de protection 104, au moins dans la partie occupée par le capteur capa- citif 100, dans laquelle des ouvertures 105 et 106 sont ménagées. Dans l'ouverture 105 est disposée une électrode émettrice 108 connectée à une source de tension 110. Dans l'ouverture 106 sont disposées deux électrodes de détection 112, 114. L'électrode de détection 112 est divisée en quatre électrodes par- tielles 112a, 112b, 112c, 112d et l'électrode de détection 114 est -égaiement divisée en quatre élec- trodes partielles 114a, 114b, 114c, 114d. Les élec- trodes partielles sont imbriquées de telle façon que, dans la direction de mesure (parallèlement à l'axe du tuyau), les électrodes partielles d'une électrode de détection alternent régulièrement avec les électrodes partielles de l'autre électrode de détection. Les électrodes successives sont séparées par d'étroits intervalles 115. Les quatre électrodes partielles 112a, 112b, 112c, 112d de l'électrode de détection 112 sont reliées électriquement entre elles et connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 116 dans le circuit de contre-réaction duquel est inséré un condensateur 117. De la même façon, les quatre électrodes partielles 114a, 114b,114c, 114d de l'électrode de détection 114 sont reliées entre elles et connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 118 dans le circuit de contre-réaction duquel est inséré un condensateur 119. Les entrées non inverseuses des deux amplificateurs opérationnels 116, 118 et l'enveloppe de protection 104, sont au même potentiel, celui-ci étant le potentiel de la masse dans l'exemple représenté. Les sorties des amplificateurs opérationnels 116 et 118 sont connec- tées aux deux entrées d'un montage soustracteur 120. Le dispositif de la figure 5 réunit les avantages des capteurs capacitifs à électrodes de détection divisées en électrodes partielles imbriquées et les avantages des électrodes de détection mainte- nues pratiquement au même potentiel par rapport à la source de tension. La division et l'imbrication des électrodes de détection peuvent naturellement être- employées également dans des dispositifs capteurs utilisant plus de deux électrodes de détection, par exemple dans un dispositif capteur à trois électrodes de détection du type représenté à la figure 4. Au lieu de disposer régulièrement les 2 5 701 90 électrodes partielles comme dans le dispositif de la figure 5, on peut les disposer suivant un code prédéterminé pour obtenir une courbe de réponse en fréquence spatiale désirée. Des exemples de cette disposition sont donnés aux figures 6 et 7. Le capteur capacitif 130 représenté à la figure 6 est monté sur la surface extérieure d'un tuyau diélectrique 132 recouvert d'une enveloppe de protection 134, au moins dans la partie occupée par le capteur capacitif. Dans une ouverture 135 ménagée dans l'enveloppe de protection 134, est dis- posée une électrode émettrice 138 connectée à une source de tension 140. En face de l'électrode émettrice 138 sont disposées deux électrodes de détection 142, 144 divisées chacune en électrodes partielles. Les électrodes partielles de chaque électrode de détec- tion sont disposées selon un code spatial de telle façon qu'entre des électrodes partielles déterminées, il existe des discontinuités correspondant chacune à une électrode partielle manquante. C'est ainsi que, dans l'électrode de détection 142, une discontinuité codée 143a est ménagée entre les électrodes partiel- les 142a et 142b, ainsi qu'une seconde discontinuité codée 143b entre les électrodes partielles 142b et 142c, tandis que les électrodes 142c et 142d se suivent directement. L'électrode de détection 144 est constituée de la même façon; elle comporte une discontinuité codée 145a entre les électrodes partiel- les 144a et 144b-et une seconde discontinuité codée b entre les électrodes partielles 144b et 144c. Si l'on affecte la valeur binaire "'1" à chaque électrode partielle et la valeur binaire "0" à chaque discontinuité codée, on voit que chacune des deux électrodes de détection 142 et 144 de la figure 6 est codée suivant le code binaire 101011. L'enveloppe de protection 134 présente des ouvertures 136a, 136b, 136c, 136d, 136e dans chacune desquelles les électrodes partielles correspondantes forment un étroit intervalle sur leur pourtour. Les discontinuités codées sont, quant à elles, comblées par des parties de l'enveloppe de protection 134. Grâce à cela, l'effet d'électrode de protection se fait sentir également dans les discontinuités codées, ce qui évite toute distorsion du champ électrique dans la zone des électrodes de détection. Les électrodes partielles 142a, 142b, 142c, 142d de l'électrode de détection 142 sont reliées électriquement entre elles et connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 146 dans le circuit de contre-réaction duquel est inséré un condensateur 147. De la même façon, les électrodes partielles 144a,144b,144c,144d de l'électrode de détection 144 sont reliées entre elles et connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 148 dans le circuit de contre- réaction duquel est inséré un condensateur 149. Les entrées non inverseuses des deux amplificateurs opérationnels 146 et 148 et l'enveloppe de protection 134 sont connectées à la masse. Les sorties des amplificateurs opérationnels 146 et 148 sont connectées aux deux entrées d'un montage soustracteur 150. Dans la forme de réalisation de la figure 6, le capteur capacitif peut occuper une longueur impor- tante dans la direction de mesure suivant le nombre de positions du code choisi. Cette longueur peut être réduite par imbrication partielle ou complète des électrodes partielles si le code choisi le permet. A ce sujet, il ne faut par perdre de vue que les électrodes partielles imbriquées d'une électrode de détection, qui sont maintenues pratiquement au même potentiel que l'électrode de protection, représentent des discontinuités codées pour l'autre électrode de détection. L'imbrication n'est donc possible que dans la mesure o les électrodes partielles de chacune des deux électrodes de détection peuvent être logées dans des discontinuités codées-de l'autre électrode de détection. La figure 7 représente un exemple de réalisa- tion d'un capteur capacitif codé selon la forme de réalisation de la figure 6, mais utilisant des électro- des partielles partiellement imbriquées. Pour éviter des répétitions, les parties constitutives du disposi- tif de la figure 7 sont affectées de repères numéri- ques augmentés de 100 par rapport aux repères des parties constitutives correspondantes de la figure 6. On voit que les électrodes partielles 242c et 242d se trouvent dans des discontinuités codées de l'électrode de détection 244, tandis que les électro- des partielles 244a et 244b se trouvent dans des discontinuités codées de l'électrode de détection 242. Les discontinuités codées qui restent sont comblées par des-parties de l'enveloppe de protection 234. Avec l'affectation des valeurs binaires indiquée plus haut, on obtient les codes suivants pour les deux électrodes de détection: Electrode de détection 242: 10100101 Electrode de détection 244: 11000101 Le diminution de la longueur du capteur capacitif ainsi obtenue se voit immédiatement sur la figure 7. Comme chacun des deux codes est composé de huit éléments de code, la disposition séparée des deux électrodes de détection conformément à la forme de réalisation de la figure 6 occuperait une longueur de seize électrodes partielles. Cette longueur est réduite à onze électrodes partielles dans la forme de réalisa- tion de la figure 7. ()RÉPUBLIQUE FRAN AISE 2 570 191 INSTITUT NATIONAL DE LA PROPRIÉTÉ INDUSTRIELLE PARIS Ce numéro n'a donné lieu à aucune publication uD REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la détection d'hétérogé- néités spatiales dans un diélectrique, notamment pour la mesure corrélative de temps de parcours ou de vitesse, caractérisé en ce que, au moins une paire d'électrodes de détection (18, 20; 18', 20'; 82, 84; 112, 114; 142, 144; 242, 244) est associée à une électrode émettrice (16, 16', 16", 78, 108, 138, 238) commune alimentée par une tension électrique et que chaque paire d'électrodes de détection (18, 20; 18', 20'; 18", "; 82, 84; 112, 114; 142, 144; 242, 244) sont connectées à un montage électronique (14) qui élabore un signal de sortie correspondant à la différence des courants de déplacement induits par influence dans les électrodes de détection et maintient en permanence ces électrodes au même potentiel par rapport à la tension d'alimentation. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que deux électrodes de détection (18, 20; 18', 20'; 18", 20"; 82, 84; 112, 114; 142, 144; 242, 244) voisines sont séparées par un inter- valle (26, 26', 26", 83, 85, 115) dont la largeur est petite par rapport à la dimension de l'électrode émettrice (16, 16', 16", 78, 108, 138, 238) et à la distance effective entre cette électrode et une électrode de détection. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes de détection (18, 20; 18', 20'; 18", 20"; 82, 84; 112, 114; 142, 144; 242, 244) sont disposées dans des ouvertures d'une électrode de protection (52, 77, 104, 134, 234) et les électrodes de détection sont maintenues au même potentiel par rapport à la tension d'alimentation. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que, entre chaque électrode de détection (18, 20; 18', 20'; 18", 20"; 82, 84; 112, 114; 142, 144; 242, 244) et l'électrode de protection (52, 77, 104, 134, 234), se trouve un intervalle dont la largeur est petite par rapport à la dimension de l'électrode émettrice (16, 16', 16", 78, 108, 138, 238) et à la distance effective entre cette électrode et une électrode de détection. 5. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que une électrode de détection (84) disposée entre deux autres électrodes de détection (82, 86) est commune aux deux paires d'électrodes de détection ainsi formées. 6. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que chaque électrode de détection (112, 114; 142, 144; 242, 244) est divisée en plusieurs électrodes partielles (112a, 112b, 112c, 112d, 114a, 114b, 144c, 114d, etc.). 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les électrodes partielles (112a, 112b, 112c, 112d; 114a, 114b, 114c, 114d, etc.) de plusieurs électrodes de détection (112, 114; 142, 144; 242, 244) disposées l'une à côté de l'autre sont imbriquées. 8. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que les électrodes partielles (142a, 142b, 142c, 142d, 144a, 144b, 144c, 144d) de chaque électrode de détection (142, 144; 242, 244) sont disposées suivant un code prédéterminé avec introduction de discontinuités codées (143a, 143b, 145a, 145b) et que, dans chaque discontinuité codée, on dispose une électrode maintenue au même potentiel que les électrodes de détection par rapport à la source de tension (12, 80, 110, 140, 240). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les électrodes disposées dans 5701 90 des discontinuités codées (143a, 143b, 145a, 145b) d'une électrode de détection (142, 144; 242, 244) sont des électrodes partielles d'une autre électrode de détection. 10. Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que les électrodes disposées dans des discontinuités codées (143a, 143b, 145a, 145b) d'une électrode de détection (142, 144; 242, 244) sont des parties d'une électrode de protection (134, 234). 11. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce-que chaque électrode de détection (18, 20; 18', 20'; 18", 20"; 82, 84, 86; 112, 114; 142, 144; 242, 244) est connectée à l'en- trée inverseuse d'un amplificateur opérationnel (30, 34; 30', 34'; 30", 34"; 88, 90, 92; 116, 118; 146, 148; 246, 248) dont l'entrée non inverseuse est au potentiel auquel les électrodes de détection doi- vent être maintenues par rapport à la source de tension (12, 80, 110, 140, 240). 12. Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les signaux diffé- rentiels obtenus par formation des différences des signaux de sortie de deux paires d'électrodes de détection (18, 20; 18', 20'; 18", 20"; 82, 84; 84, 86; 112, 114; 142, 144; 242, 244) sont appliqués à un corréla- teur (60, 98) et constituent les signaux à corréler.