Brevet FR2574944A1 — publié le 19860620

"Montage de commande avec un générateur de Hall alimenté en courant de commande" L'invention concerne un montage de commande comportant un générateur de Hall alimenté avec un courant de commande, dont les électrodes de Hall sont reliées chacune avec une entrée d'un amplificateur-différenciateur. Les générateurs de Hall sont utilisés, entre autres, pour mesurer des champs magnétiques. Quand le générateur de Hall est alimenté en un courant de commande constant, il est obtenu une tension de Hall proportionnelle à l'intensité du champ magnétique qui existe momentanément dans le générateur de Hall. La température maximum admis- sible du générateur de Hall est déterminée par l'importance du courant de commande, par le type de fonctionnement, c'est-à-dire par les conditions de refroidissement et par la température de l'environnement. Pour cette raison, le courant de commande.que l'on doit admettre à chaque fois doit être adapté aux conditions de refroidissement et à la température environnante. Pour produire, même avec de faibles intensités de champ magnétique, une tension de Hall suffi- samment grande, il faut augmenter le courant de commande. Si les courants de commande sont fournis, dans les généra- teurs de Hall, sous laforme d'impulsions, il est possible d'utiliser des amplitudes de courant plus élevées. Ce moyen permet d'augmenter la sensibilité. Les amplitudes des impulsions de courants de commande peuvent être plus grandes d'un multiple que les courants de commande admissibles. Pour alimenter le générateur de Hall concerné avec des impulsions de courant de commande, une électrode de commande peut être raccordée à une source de courant ou de tension qui produit périodiquement des impulsions de courant ou de tension, pendant que la seconde électrode de commande est reliée à la masse ou à un autre potentiel de référence. Dans un tel montage, il se produit, quand le générateur de Hall concerné est alimenté avec une impulsion de courant de commande, même sans champ magnétique, sur les électrodes de Hall, par rapport au potentiel de référence, des sauts de tension qui sont à peu près de la même importance et qui ont la même polarité. L'importance des sauts de tension correspond à peu près à la moitié de la tension établie sur les électrodes de commande. Sous l'effet des sauts de tension, l'amplificateur-différenciateur raccordé aux électrodes de Hall esitsélectionné en phase. Il est apparu que le rapport de la demi-tension de commande à la tension différentielle produite par de petits champs magnétiques, lors de la mesure de flux de dispersion, sur des objets sur lequel on doit vérifier l'absence de défauts de structure, peut être supérieure à 80 dB. Cela signifie que les tensions en phase élevées qui se produisent, en particulier si les durées des impulsions de courant de commande sont courtes, d'environ 5 psec, peuvent diffi- cilement être étouffées avec l'amplificateur-différenciateur.. L'invention a pour objet de perfectionner un montage de commande du type décrit en commençant de façon telle que,:si l'on alimente le générateur de Hall avec des courants de commande à haute fréquence, il soit possible, dans une large mesure, d'éviter une alimentation en phase de l'amplificateur-différenciateur. Ce résultat est obtenu suivant l'invention du fait que les électrodes de commande du générateur de Hall sont raccordées, sans liaison, à un potentiel fixe, chacune à une source de courant, que l'une des sources de courant fournit un courant dans l'une des électrodes de commande, et que l'autre source de courant prélève un courant de même importance sur l'autre électrode de commande. Dans une telle disposition, il ne se produit aucune saute de courant, par rapport à la tension de référence momentanée de l'amplificateur-différenciateur, sur les électrodes de Hall, quand il leur est fourni une impulsion de courant de commande. Les entrées de l'ampl-ificateur-différenciateur O ne sont ainsi pas affectées par des signaux en phase élevés. Le générateur de Hall peut ainsi constater la présence de faibles intensités de champ. Il devient possible d'exécuter, en de courts espaces de temps, de nombreux cycles de mesure. Un mode avantageux de réalisation se distingue par le fait que les entrées de l'amplificateur-différen- ciateur raccordées aux électrodes de Hall sont reliées chacune-à une résistance et que les raccordements des résistances sont amenés au même potentiel de référence o que l'amplificateur-différenciateur. Il est obtenu une liaison des électrodes de Hall du générateur de Hall-au potentiel de référence de l'amplificateur-différenciateur par l'intermédiaire des résistances, de préférence de même grandeur, qui se trouvent entre les électrodes de Hall et le potentiel de référence. Suivant un mode de réalisation recommandé, les entrées, raccordées aux électrodes de Hall de l'ampli- ficateur-différenciateur, sont reliées chacune avec une résistance que l'on peut équilibrer,-et que les secondes o bornes des résistances sont mises au même potentiel de référence que l'amplificateur-différenciateur. Le montage de commande, caractérisé en ce que les électrodes de commande sont shuntées avec un potentiomètre, dont la sortie est raccordée à une électrode de Hall, permet d'ajuster, à des valeurs absolues semblables, les tensions de polarités différentes qui apparaissent sur les électrodes de Hall quand le générateur de Hall est alimenté avec des courants de commande, en l'absence d'un champ à mesurer par rapport au potentiel de référence. Le montage de commande peut ainsi être adapté d'une façon simple aux conditions occa- sionnelles du générateur de Hall. Dans une forme avantageuse de réalisation, les deux sources de courant, qui peuvent toutes deux être alimentées au moyen d'impulsions de courant pour la production du courant de commande, sont montées en série avec le générateur de Hall entre les pÈles positif et négatif d'une source de tension. La dépense technique de montage dans cette disposition est faible. Pour l'alimentation simultanée des entrées de commande des deux sources de courant avec des impulsions de commande, il y a avantage à raccorder l'entrée de commande de la source de courant raccordée au pôle positif de la source de tension avec la sortie inversante, et l'entrée de commande de la source de courant raccordée au pôIe négatif avec la sortie non inversante d'un ampli- ficateur alimenté par des impulsions cadencées. La durée d'impulsion des courants de commande est avantageusement d'environ cinq microsecondes. Cette courte durée des impulsions permet d'alimenter le générateur de Hall avec des courants de-commande importants et avec un rapport impulsions/pauses faible. Il est, en outre, possible de répéter la mesure à de faibles intervalles de temps. Il y a avantage à mettre en service les montages de commande, selon l'invention, comme sondes de Hall pour mesurer un flux de dispersion dans l'examen sans destruction d'objets ferro-magnétiques, au point de vue des défauts de structure. Les sondes de Hall peuvent être disposées en une ou plusieurs rangées à une courte distance de.la surface de l'objet en question. D'autres détails, avantages et caractéris- tiques de l'invention ressortent de la description ci-dessous et d'un exemple de réalisation représenté par les dessins dans lesquels: la figure 1 montre un schéma de couplage d'un dispositif comportant un générateur de Hall qui peut être alimenté par un courant de commande dont une électrode de Hall est mise à un potentiel de référence, et, - la figure 2 est un schéma de couplage d'un dispositif avec un générateur de Hall, alimenté en courant de commande, dont les électrodes de Hall ne sont pas reliées à un potentiel fixe. Un générateur de Hall 10 est relié par ses deux électrodes 12, 14, chacune à une entrée d'un amplifi- cateur différenciateur 16. Une électrode 18 est mise au potentiel de masse, pendant que l'autre électrode de commande 20 du générateur de Hall 10 est reliée avec une source de courant, ou une source de tension, 22, qui fournit au générateur de Hall 10, périodiquement, des impulsions de courant ou de tension. La source de courant ou de tension 22 est raccordée à un pôle 24 d'une source de tension dont l'autre pôle, qui n'est.pas représenté est mis au potentiel de masse. Si le générateur de Hall 10 est alimenté sur l'électrode de commande 20 avec une impulsion de courant ou de tension, il se produit alors, indépendamment du champ magnétique qu'on se propose de mesurer, sur les électrodes de Hall 12 et 14, des sautes de tension de même polarité par rapport au potentiel de référence. Les sautes de tension sont sensiblement de même grandeur. Il existe le rapport uel _ Ue2 e 1/2 Ust o uel désigne la tension à l'électrode de Hall 12 et ue2 la tension à l'électrode de Hall 14, et ust la tension qui s'établit sur les électrodes de commande 18, 20. En.raison des sautes de tension uel et ue2, il est provoqué un réglage en phase de l'amplificateur différenciateur 16. Si le générateur de Hall 10 est mis en service comme sonde de Hall pour mesurer des flux de dispersion qui se produisent à l'examen des défauts de structure d'éprouvettes au cours de l'examen de maté- riaux, sans destruction, au moyen de champs magnétiques, il apparait des tensions de Hall qui sont sensiblement plus faibles que les tensions en phase. Il est apparu que le rapport entre la tension en phase et la tension différentielle de Hall, dans la vérification des pertur- bations de structure mentionnée-plus haut peut être 5 80 dB. Si A (u - ue2) désigne la tension différentielle momenta- el- e née de Hall, on a alors le rapport 20 log. 0,5 u5t > 80 [dB] (u - u) el' e2 Une tension en phase de 1/2 ust (par exemple V) qui s'établit, quand le générateur de Hall 10 est alimenté par des impulsions, en un temps très court, est difficile à étouffer par l'amplificateur différenciateur 16, par rapport à la tension différentielle produite par le flux de dispersion. Ce défaut est évité par le montage de commande représenté en figure 2. Les éléments semblables dans les dispositifs représentés aux figures 1 et 2 portent les mêmes références. L'électrode de commande 18 est reliée dans le montage de commande de la figure 2 avec une borne d'une source de courant 36, dont l'autre borne est reliée au pôle négatif 38 d'une source de tension 40. L'électrode de commande 20 est en communication avec une borne d'une seconde source de courant 42 dont l'autre borne est reliée au pôle positif 44 de la source de tension 40. La source de courant -42 fournit un courant i1 à l'électrode de commande , pendant que la source de courant 36 prélève sur l'électrode de commande 18 un courant i2, Les deux:courants i et i2 sont de même grandeur. Les sources de courant 36 et 42 sont des sources de courant à impulsions dont les résistances intérieures sont très élevées. Avec les entrées de l'amplificateur diffé- renciateur 16 sont reliées des résistances de mêmes grandeurs 46, 48, qui, par leurs secondes bornes sont rattachées à un potentiel de référence, la masse par exemple. Les sources de courant 36 et 42 portent-chacune une entrée de commande 50, 52. L'entrée de commande 50 de la source de courant 36 est reliée avec la sortie non- inversante d'un amplificateur 54 qui possède une autre sortie, inversante celle-ci, qui est raccordée à l'entrée de commande 52 de la source de courant 42. L'entrée de l'amplificateur 54 est alimentée avec une succession périodique d'impulsions qui présente une fréquence constante et un rapport impulsions-pauses petit-, constant. Les électrodes de commande 18, 20 sont shuntées par un poten- tiomètre 56, avantageusement fortement ohmique, dont la sortie 58 est reliée avec l'électrode de Hall 14. Le générateur de Hall 10 ne présente pas de liaison fixe à-un potentiel, c'est-à-dire qu'il est flottant entre les deux sources de courant 36, 42. Les électrodes de Hall 12, 14 sont reliées à un potentiel de référence par des résistances 46 et 48. Quand il est fourni du courant i1 à l'électrode de commande 20, et qu'il est prélevé un courant de même importance 12 sur l'électrode de commande 18, il se forme sur l'électrode de commande 20 une tension positive u20, et sur l'électrode de commande 18, une:tension négative u18. Du fait de l'importance des résistances intérieures des sources de courant 36, 42, de l'égalité des courants i1 et i2, ainsi que de la symétrie de la construction du générateur de Hall 10, les tensions u20 et u18 qui se produisent sur les électrodes de commande 20 et 18 sont de même grandeur et de polarités inverses. Des différences dans les conditions techniques de la construction du géné- rateur de Hall 10 peuvent entratner des différences dans les deux tensions u20 et u18. Par un équilibrage avec le poten- tiomètre 56, on peut amener les deux tensions de commande u20 et u18 à concorder au point de vue de leur importance malgré les différences des conditions de construction des sondes de Hall concernées. En cas d'absence d'un champ magnétique à mesurer, il n'apparait, sur les électrodes de Hall 12 et 14, malgré l'alimentation du générateur de Hall 10 avec un courant de commande, aucune tension de même polarité par rapport au potentiel de référence de l'amplificateur différenciateur 16. La chute de tension ust entre les électrodes de commande 18 et 20 apparait avec une résistance RH du générateur de Hall 10, entre les électrodes 18 et 20 suivant le rapport ust i1. RH = i2 RH Comme les électrodes de Hall 18 et 20 ne transportent aucune tension de même polarité par rapport au potentiel de référence de l'amplificateur différenciateur 16, l'alimentation en phase de l'amplificateur différencia- teur disparait. Sur ce dernier, il ne s'applique plus, en cas d'absence de champs magnétiques extérieurs à mesurer, que des tensions qui apparaissent à partir de l'asymétrie des sondes de Hall et des composants à induction nulle ou ohmique. La mesure des champs magnétiques ne sera plus affectée par des signaux en phase arrivant sur les entrées de l'amplificateur différenciateur. Il est possible d'ali- menter le générateur de Hall 10 avec des courants de commande d'une durée de 5 microsecondes, l'amplitude se montant à un multiple des courants continus de commande admissibles. Par suite, il est possible même encore de mesurer des champs magnétiques de faible intensité avec précision. Le montage de commande représenté en figure I peut être mis en service en particulier quand il est recherché dans des corps ferro-magnétiques, sans destruc- tion, la présence de défauts de structure, en magnétisant les corps en question. Le générateur de Hall 10 sert ici de sonde de Hall et est disposé sur ou au voisinage de la surface de l'éprouvette, afin de mesurer les flux de dispersion magnétiques provoqués par les défauts de structure. Ces sondes de Hall pourront avantageusement être disposées de la façon représentée dans le brevet DE 31 32 808 à une faible distance de la surface du corps à examiner. Le facteur d'utilisation des courants de commande pour le générateur de Hall 10 dont il s'agit dépend alors du nombre des générateurs de Hall mis en action à la suite l'un de l'autre. S'il est disposé, par exemple, pour l'examen, 40 sondes de Hall, le rapport d'utilisation se -monte alors à 1/40. Avec un courant de commande d'une durée de 5 microsecondes, chaque générateur de Hall sera alimenté toutes les 200 p sec avec le courant de commande. La fréquence d'oscillation de la sonde de Hall concernée est donc de 5 kHz. R EV E N D C A T I 0 N S 1 ) Montage de commande comportant un géné- rateur de Hall, dont les électrodes de Hall sont reliées chacune avec une entrée d'un amplificateur différenciateur, caractérisé en ce que les électrodes de commande (18, 20) du générateur de Hall (10), sans être reliées à un potentiel fixe, sont raccordées chacune à une source de courant (42, 36), que l'une des sources (42) de courant fournit à l'une des électrodes de commande (20) un courant (il), et que l'autre source de courant (36) prélève un courant de même importance (i2) sur l'autre électrode (18) de commande. ) Montage de commande suivant la reven- dication 1, caractérisé en ce que les entrées, raccordées aux électrodes de Hall (12, 14) de l'amplificateur différen- ciateur (16), sont reliées chacune avec une résistance (46, 48) que l'on peut équilibrer, et que les secondes bornes des résistances (46, 48) sont mises au même potentiel de référence que l'amplificateur différenciateur (16). 3 ) Montage de commande suivant l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes de commande (18, 20) sont shuntées avec un potentiomètre (56), dont la sortie (58) est raccordée à une électrode de Hall (14). 4 ) Montage de commande suivant l'une quel- conque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les deux sources de courant (42, 36) qui peuvent, toutes deux, être alimentées par des impulsions de commande pour la production du courant de commande, sont montées entre les pôles positif et négatif (44, 38) d'une source de tension (40), en série avec le générateur de Hall (10). ) Montage de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la durée d'une impulsion de courant de commande (il, 12) est d'environ 5 microsecondes. 6 ) Montage de commande suivant l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les sources de courant (42, 3X6) sont des sources de courant à régime pulsé. 7 ) Montage de commande suivant l'une. quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que la source de courant (42) comporte une entrée de commande (52) raccordée avec une sortie inversante d'un amplificateur (54), et l'autre source de courant (36) comporte une entrée de commande (50) reliée à une sortie non-inversante de l'amplificateur (54). 8 ) Montage de commande suivant l'une quelconque des revendications I à 7, caractérisé en ce que le générateur de Hall (10) est utilisé comme sonde de Hall, pour mesurer des flux de dispersion dans la recherche, sans destruction, des défauts de structure d'objets ferromagnétiques. -