Brevet FR2563335A1 — publié le 19851025

L'invention concerne un capteur ou transducteur à transformateur différentiel. Ainsi qu on le sait, un transducteur est un dispositif électronique ou électromécanique, adapté à convertir une grandeur physique quelconque (déplacement linéaire, rotation, pression...) en un signal électrique de mesure. Parmi les transducteurs actuellement connus, , ceux du type à transformateur différentiel se sont révélés être particulièrement simpies, robustes, fiables et performants. De manière connue, ces transducteurs comportent une bobine primaire destinée à être connectée à une source d'alimentation en courant alternatif, et deux bobines secondaires couples magnétiquement à la bobine primaire par un noyau magnétique mobile en fonction de la grandeur physique à mesurer, et montées en série entre des bornes de liaison à un circuit extérieur de sortie et de traitement du signal de mesure. De façon classique, le circuit d'alimentation de la bobine primaire et le circuit assurant la sortie du signal de mesure et son traitement sont séparés ce qui conduit, pour le capteur, à 4 fils de liaison avec l'extérieur. L'invention a pour objet un nouveau capteur ou transducteur à transformateur différentiel ne présentant que deux fils de liaison avec l'extérieur (d'où une augmentation de sa fiabilité et une simplification des operations et des systèmes de connexion) tout en conservant Je haut niveau de performances précité. L'invention vise en outre, pour atteindre ce premier objet, la constitution d'un système électronique suffisamment compact pour être incorporé avec le transformateur diffe- rentiel dans un même boitier. Le principe de l'invention consiste à superposer au courant alternatif d'alimentation circulant dans l'unique paire de fils de liaison, une tension de mesure, alternative ou continue, et de la séparer de ce courant alternatif d'alimentation à distance du transducteur, notamment à l'aide d'un filtre dans le cas d'un signal de mesure continu, ou d'un déphaseur dans le cas d'un signal de mesure alternatif L'invention propose à cet effet un transducteur à transformateur différentiel, linéaire ou non, comportant une bobine primaire relie par deux fils d'alimentation à une source extérieure de courant alternatif et deux bobines secondaires, alignées ou non, couplées magnétiquement à la bobine primaire par un noyau magnétique mobile par rapport aux bobines, et montées e n t r e d e u x bornes d'un circuit de sortie et de mesure, caractérisé en ce que les bobines secondaires sont montées en parallèle entre ces bornes, en phase ou en opposition, respectivement en série avec deux circuits redresseurs, de polarités opposées ou non, et que ces bornes sont reliées à la bobine primaire par un circuit sommateur adapté à appliquer sur les fils d'alimentation une tension de mesure, représentative de la position du noyau par rapport à une position neutre, qui se superpose au courant alternatif d'alimentation, un circuit de traitement et de mesure étant branché sur ces deux fils à distance du transducteur pour séparer cette tension de mesure du contact al alternatif Dans un mode préféré de réalisation, les bobines secondaires étant montées en opposition de part et d'autre d'une borne commune, les redresseurs sont constitués de transistors, de types opposés, dont les collecteurs sont reliés entre eux et dont les bases et les émetteurs sont connectés, respectivement, aux deux bornes de la bobine primaire. Ces redresseurs peuvent notamment être, en variante, des diodes. Selon une autre caracteristique préférée (mais non impérative) de l'invention, le circuit sommateur qui traite les intensités délivrées en alternance par les redresseurs est un circuit RC superposant une tension continue à la tension alternative délivrée par la source de tension dans les fils d'alimentation, un signal de mesure représentatif de cette tension étant obtenu à distance à la sortie d'un filtre approprié monté en série avec une résistance montée en parallèle sur la source de courant. Cette dernière caractéristique a l'avantage de ne pas nécessiter que la source d'alimentation puisse être traversée par un courant continu. Il est à noter qu'un transducteur selon l'invention est fondamentalement différent de certains transducteurs actuellement connus sous la denomination "transmetteurs deux fils", qui sont alimentés en courant continu et dont le signal de mesure se présente comme une va riation d'impédance ; l'alimentation de ces transducteurs est intégrée à leur boitier. D'autres objets, caractéristiques et avantages de l'invention ressortent de la description qui suit, donnée à titre d'exemple non limitatif en regard des dessins sur lesquels : - la figure 1 est un schéma électrique d'un transducteur selon un mode de réalisation préféré de l'invention ; et - la figure 2 est un diagramme donnant les évolutions pa rallèles au cours du temps des principaux signaux y apparaissant. La figure 1 représente, à titre d'exemple préféré de réalisation selon l'invention, un transducteur à transformateur différentiel 1 de type linéaire, présentant deux bornes A et B de connexion à deux fils 2 et 3 de liaison à une source G de courant alternatif. La source G (ou générateur) est mise à la masse en l'une de ses bornes tandis que l'autre est reliée à un condensateur C'. Une résistance R est montée en parallèle sur le générateur et le condensateur ; elle constitue, avec un filtre passe-bas F, un circuit de traitement et de mesure. Le transduc eur 1 comporte une bobine primaire P branchée, en série avec un condensateur C, entre les bornes de sortie A et B du transducteur. Deux bobines secondaires St et S2, ici alignées entre elles et coaxiales à la bobine primaire, sont couplées magnétiquement a cette derniere par un noyau magnétique 4, par exemple ferromagnétique, mobile suivant l'axe de ces bobines selon un mouvement x, ici linéaire, représentatif de la grandeur physique à convertir sous forme électrique. Le noyau 4 est représenté à la figure 1 en une configuration neutre où il assure un couplage identique entre chacune des bobines secondaires et la bobine primaire. Les bobines secondaires présentent des dispositions symétriques par rapport à la bobine primaire. Les bobines S et S2 sont montees en parallèle entre deux bornes D et E d'un circuit sommateur constitué dans 11 exemple repre- senté par une resistance Rc branchée entre les bornes E et B, et du condensateur C précité, la borne D étant reliée entre la bobine primaire et ce condensateur. Les bobines secondaires SX et S2, référées à la borne D, alimentent respectivement deux redresseurs, ici deux transistors T1 et T2, de polarités opposées, de type "pnp" et "npn1 respectivement, dont les sorties sont collectées en parallèle entre les bornes D et E. Leurs émetteurs sont reliés à la borne D au travers es bobines secondaires ; leurs bases -sont reliées, au travers de résistances Rbi et Rb2' à la borne A du transducteur, et leurs collecteurs sont connectés à la borne E. Dans une variante non représentée, les ré sistances b2 et Rb2 sont confondues. En fonctionnement, ainsi qu'il ressort du diagra=3e de la figure 2, le générateur G delivre une tension alternative Vg d'amplitude constante au cours du temps. Cette tension, appliquée aux bornes de la bobine primaire P, induit dans les bobines secondaires des tensions alternatives V1 et V2, respectivement, dont l'amplitude dépend du couplage assuré par le noyau 4 entre la bobine secondaire consi dégrée et la bobine primaire. Ainsi, dans la configuration neutre représentée à la figure 1 (de t0 à t1 sur la fi-gure 2), les couplages sont sensiblement identiques et les tensions V1 et V2 ont la même amplitude.Lorsque le noyau 4 se déplace vers le bas (de t1 à t2 sur la figure 2), le couplage magnétique diminue entre les bobines S1 et P, mais augmente entre les bobines S2 et P : l'amplitude de la tension V1 diminue tandis que celle de V2 augmente. A l'inverse, lorsque le noyau se déplace vers le haut (sens positif ; au-delà de t2 sur la figure 2), l'amplitude de V1 augmente tandis que celle de V2 diminue. I1 est à remarquer que les tensions V1 et V2 présentent un retard r par rapport à VG. Dans l'exemple représenté, lorsqu'une alternance positive (t0 à t'0) traverse la bobine primaire P, il apparait une alternance négative dans chacune des bobines secondaires. Etant donné que les bases des transistors T1 et T2 sont alors à des potentiels supérieurs à ceux de leurs émetteurs respectifs , T1 est bloqué tandis que T2 est rendu passant, d'où un courant I1 dans S1 qui est sensiblement nul et un courant I2 dans S2 qui présente une alternance négative.A l'inverse, lors d'une alternance négative au travers de la bobine primaire, I1 présente une alternance positive tandis que 12 est sensiblement nul. I1 est à remarquer que les transistors (qui fonctionnent en diodes commandées par la polarité du courant aux bornes de la bobine primaire) se mettent à conduire avec un retard r' (généralement inférieur à r) par rapport aux alternances du potentiel d'alimentation, de sorte qu'avant chaque alternance positive, S1 laisse passer un petit pic de courant négatif, et inversement pour il ert à noter que les bobines S1 et S2 et les redresseurs de la figure 1 délivrent entre les bornes D et E, en alternance, des signaux redressés de polarités opposées. Les courants It et 12 s'additionnent en E en sorte de former un courant alternatif I dont la valeur moyenne varie avec le déplacement du noyau 4. Le filtre, constitué par la résistance Rc et le condensateur C, fait apparaître aux bornes de ce dernier, une tension alternative Vc variant comme I : elle présente une valeur moyenne, donc une composante continue, qui varie avec x. I1 est à noter que le traheformateur differentiel constitué par les bobines P, S1 et S2, et le noyau 4 est du type à variation li linéaire (appellation anglo-saxonne L'JET : Linear Variable Differential Transformer) , la tension Vc est, dans l'exemple représenté, proportionnelle à x. La tension de mesure Vc se superpose à la tension VG d'alimentation. Une éventuelle composante continue de Vc se boucle au travers de la bobine primaire et de la résistance R. Il est à noter que compte tenu de la présence du condensateur C' monté en série avec le générateur G (ou intégre à celui-ci), cette composante continue se retrouve en intégralité aux bornes de la résistance R, à un coeffi cient multiplicatif près, et se traduit pour la tension alternative VR par des décalages verticaux. Cette tension, après filtrage par F, donne une tension Vdc sensiblement continue, dont le niveau varie linéairement avec x. En variante non représentée, le circuit sommateur applique aux fils de liaison un signal de mesure dont la composante alternative est représentative du mouvement du noyau. Le signal de mesure est, dens ce cas, sépare du signal alternatif d'alimentation par un circuit comportant par exemple un déphaseur. Il va de soi que la description qui précède n'a té proposée qu'à titre indicatif et que de nombreuses variantes de réalisation peuvent ètre proposées par lhomme de l'art sans sortir du cadre de l'invention. Airssi, dans le cas où le générateur G peut étre traverse par une composante de courant continu, le circuit de ortie et de traitement peut comporter une résistance en serie avec le générateur, le condensateur C' etant supprimé. Le point D n'a pas nécessairement la même polarité pour chacune des bobines à un instant donné, même si c'est le cas à la figure 1. (Les"points" y sont tous deux à l'opposé du point D). Les bobines, au lieu d'être alignées, peuvent être disposées suivant une ligne courbe, par exemple circulaire pour la mesure de déplacements angulaires. Les modes de con nexion des collecteurs et des émetteurs des transistors proposés comme redresseurs à la figure 1 peuvent être inversés. Les redresseurs peuvent être de mêmes polarités. De façon très générale, quels que soient la nature et le mode particulier de connexion de ses bobines secondaires, de ses redresseurs et de son circuit sommateur, un dispositif selon l'invention assure, contrairement aux dispositifs classiques, un redressement des signaux individuels générés dans chacune des bobines secondaires "avant" de les additionner ou d'en prendre la différence (sommation au sens très général du terne). REVENDICATIONS 1. Transducteur à transformateur différentiel comportant une bobine primaire reliée par deux fils d'alimentation à une source exterieure de courant alternatif et deux bobines secondaires cou plées magnétiquement à la bobine primaire par un noyau magnétique mobile par rapport aux bobines, et montées entre deux bornes d'un circuit de sortie et de mesure, caractérisé en ce que les bobines secondaires (S1 et S2) sont montées en parallele entre ces bornes (D,E), respectivement en série avec des circuits redresseurs (T1 et T2), et que ces bornes sont reliées à la bobine primaire (P). par un circuit sommateur (Rc,C) adapté à appliquer sur les fils d'alimentation t2,3) une tension de mesure (Vc), représentative de la position du noyau par rapport à une position neutre, qui se superpose au courant alternatif d'alimentation, un circuit de traitement et de mesure (R,F) étant branché sur ces deux fils à distance du transducteur (1) pour séparer cette tension de mesure du courant alternatif. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les redresseurs (T1,T2) sont deux transistors de types opposés connectés par leurs collecteurs, reliés par leurs émetteurs à l'une des bornes de la bobine primaire au travers des bobines secondaires et dont les bases sont reliées à l'autre borne de la bobine primaire. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérise en ce que les bases des transistors 4. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les redresseurs sont des diodes. 5. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que ledit circuit sommateur est un circuit RC (R ,C) adapté à superposer sur les fils d'alimentation, une tension de mesure continue, le circuit de traitement et de mesure etant une résistance (R) montée en parallèle sur la source d'alimentation (G) et montée en série avec un filtre passe-bas (F). 6. Transducteur selon l'une quelconque des revendications 1 a 4, caractérisé en ce que le circuit sommateur est adapté à appliquer une tension de mesure alternative, le circuit de traitement et de mesure comportant un déphaseur.