Brevet FR2618548A1 — publié le 19890127

Dispositif de détection de Position d'un objet soumis à un déglacement linéaire. La présente invention concerne un dispositif de détection de position d'un objet soumis à un déplacement linéaire. Les dispositifs de l'art connu présentent souvent l'inconvénient de ne pouvoir être utilisés dans des atmosphères polluées ou explosives. Le but de l'invention est de pallier cet inconvénient en proposant un dispositif dans lequel le capteur de mesure est insensible aux conditions d'environnement précitées et délivre des signaux d'amplitude suffisante pour ne nécessiter aucun circuit électronique à proximité. L'invention propose un dispositif dans lequel les circuits électroniques peuvent, sans inconvénients, être placés à plusieurs centaines de mètres du capteur. La présente invention a pour objet un dispositif de détection de position d'un objet soumis à un déplacement linéaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur ayant une partie fixe et une partie mobile, la partie fixe comprenant - un circuit magnétique en forme de E comportant trois branches parallèles . une branche centrale comprenant un premier enroulement, ayant m spires, alimenté par un oscillateur à une fréquence f, . une seconde branche comprenant un second enroulement comportant n spires, . une troisième branche comprenant un troisième enroulement comportant N spire, avec N - n' + n et n' voisin de n, - les second et troisième enroulements étant connectés en série et bobinés en sens opposés de manière que les tensions induites dans les deuxième et troisième bobinages soient de sens opposés, - la partie mobile comprenant un moyen solidaire de l'objet pour pouvoir annuler l'échange de flux magnétique entre l'extrémité de la branche centrale du circuit magnétique et l'extrémité de sa troisième branche, tout ceci pour une position relative précise de la partie mobile du capteur par rapport à sa partie fixe, - et un comparateur de phase pour déterminer la différence de phase entre le signal émis par ledit oscillateur et le signal issu du circuit constitué par lesdits deuxième et troisième enroulements, permettant la détection de ladite position relative. Un tel dispositif présente le grand avantage de permettre une détection de position sans nécessiter aucun contact mécanique. Avantageusement ledit moyen comprend au moins une dent en matériau amagnétique, ladite dent et ledit circuit magnétique étant disposés l'un par rapport à l'autre de telle manière que le passage de la dent vienne annuler l'échange de flux magnétique entre ladite première et ladite troisième branche du circuit magnétique. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront d'ailleurs de la description qui va suivre, à titre d'exemple non limitatif, en référence aux figures annexées sur lesquelles - La figure 1 est une vue en perspective du dispositif de mesure de l'invention, sans son circuit électronique - La figure 2 est une vue partielle agrandie du dispositif de la figure i - La figure 3 est une vue schématique de l'ensemble du dispositif de l'invention - Les figures A et 4B sont des diagrammes expliquant le fonctionnement du circuit - La figure 5 illustre une variante de réalisation du dispositif de l'invention. Le dispositif de l'invention comprend une dent 6 en matériau amagnétique (cuivre ou aluminium par exemple), rendue solidaire d'un objet en déplacement linéaire. Sur la figure 1, l'objet 5 considéré est à titre d'exemple un arbre se déplaçant parallèlement à son axe de symétrie /\ \ Le dispositif de l'invention comprend en outre un circuit magnétique 10 (figure 2) en forme de E ; les trois branches 11, 12 et 13 sont reliées par une armature commune 14 ; le circuit magnétique est réalisé en matériau feuilleté à cristaux orientés ou en ferrite. La branche centrale 11 porte un enroulement 11A ayant m spires une branche d'extrémité 12 porte un enroulement 12A ayant n spires l'autre branche d'extrémité 13 porte un enroulement 13A ayant un nombre N de spires avec N - n + n' ; n'étant voisin de n. Les bobinages 12A et 13A sont en série, mais enroulés en sens inverse de manière que les flux qu'ils créent soient de sens opposé. Le bobinage 11 est alimenté par une tension alternative Ve en provenance d'un circuit électronique qui sera décrit plus loin, et dont la phase par rapport à la tension U aux bornes des bobines induites est connue. Cette tension induit une tension Ve2 dans l'enroulement 12A et une tension Ve3 dans l'enroulement 13A, de sorte qu'une tension V V Vs ~ e2 - Ve3 est renvoyée au circuit électronique. On désigne par 812 le flux magnétique passant de l'extrémité de la branche 11 à l'extrémité de la branche 12 et par 8 3 le flux magnétique passant de l'extrémité de la branche 11 à l'extrémité de la branche 13. Le circuit magnétique et l'arbre 5 sont disposés de manière que le flux /13 soit interrompu par le passage de la dent 6. Lorsque la dent 6 ne vient pas gêner le passage du flux /13, les relations ci-apres sont vérifiées : où / désigne la valeur absolue du flux dans les branches 12 et 13 et Ve1 désigne la tension d'alimentation du noyau central. Il en résulte que la tension vectorielle de sortie est alors Lorsqu'une dent du disque vient empêcher le passage du flux 013, ce dernier est nul et il vient alors (tout le flux émis par la branche centrale se referme alors sur la branche latérale libre de denture mobile). V = Ve2 - Ve : Ve2 4 V5 = + 2K1 n On constate donc que, par rapport à la phase du signal Vel la phase du signal V est modifiée de 180 degrés par la présence s ou non de la dent 6 entre les branches 11 et 13. Cette transition s'opère sur une fraction de déplacement de l'arbre 5, ce qui permet de faire une détection extrêmement précise de positionnement. La mesure est effectuée à l'aide d'un circuit électronique qui peut être placé à une grande distance de l'arbre, à l'abri des perturbations électromagnétiques dans une large mesure car fonctionnant en bande étroite de fréquence, et dans un environnement exempt d'humidité ou de poussières. Le circuit comprend, comme représenté à la figure 3, un émetteur 20, un circuit récepteur 30 et un comparateur de phase 40, un câble blindé 21 permet de réaliser, la liaison entre l'émetteur et l'enroulement 11A. L'émetteur 20 est un oscillateur à fréquence fixe et stable, par exemple à quartz. La fréquence est choisie telle que l'accord du câble sur son impédance caractéristique ne soit pas critique. La fréquence dépend également du degré de précision temporelle recherchée dans la détection de position de mobiles animés d'une grande vitesse de translation. En effet le pouvoir de résolution temporelle ne peut pas être meilleur qu'une période du courant porteur. Elle peut être par exemple de 200 KHz. Le circuit récepteur 30, relié aux bobinages 12A et 13A par un câble blindé 31 comprend un transformateur d'isolement 32, un filtre accordé 33 pour éliminer tout signal parasite éventuel qui aurait une fréquence différente de celle d'émission et un amplificateur 34 permettant de rendre le fonctionnement indépendant de l'amplitude du signal reçu. La phase du signal d'émission el et celle du signal s1 issu de l'amplificateur 34 sont comparées dans un comparateur de phase 40, avantageusement de type numérique. Si on déphase, hors dent, comme illustrée à la figure 4A, le signal sl de telle façon que sa phase par rapport au signal émis el soit de 90 degrés, lorsque la dent sera engagée on aura un déphasage de 90 + 180 = 270 degrés, comme illustré à la figure ;. Si, à chaque front de montée du signal émis, on met en mémoire l'état du signal reçu celui-ci sera . au niveau logique "0" lorsque la dent est dégagée, . au niveau logique "1" lorsque la dent est engagée. Il a été réalisé un dispositif ayant les caractéristiques suivantes La dent 6 a une hauteur et une largeur voisines de 40 millimètres. La fréquence de l'oscillateur est de 200 kHz, avec une tension d'entrée de 15 Veuf. Cette fréquence de l'oscillateur est choisie égale à 200 KHZ pour obtenir une bonne précision de mesure. Le signal recueilli à l'extrémité d'un câble de longueur de 100 mètres environ est de 500 mVeff A remarquer que pour f = 200 KHz et une longueur de câble inférieure à 100 m donc relativement courte devant la longueur d'onde dans le câble blindé (n/1500 m), l'adaptation des câbles sur leur impédance caractéristique n'est pas critique. Par contre pour de plus grandes longueurs, cela doit être réalisé par le câble émission et le câble réception. La distance entre les branches du circuit magnétique est de 10 mm environ, ce qui permet un bon fonctionnement. Avantageusement pour pouvoir détecter plusieurs positions, on peut utiliser plusieurs dents disposées sur un axe parallèle à la direction de déplacement. On peut alors, comme représenté à la figure 5, utiliser une lame 50 en matériau isolant (verre époxy par exemple) muni de découpes 51 (en nombre égal à celui des dents décrites ci-dessus), remplies d'un métal non magnétique (cuivre par exemple). Le dispositif de l'invention permet une détection très précise de positionnement quelles que soient les conditions de l'environnement. L'inversion de phase du signal au passage de la dent a lieu sans annulation de flux, probablement en raison des courants de Foucault qui se développent dans la dent qui se comporte alors comme une spire de. Frager. Il est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et que l'on pourra remplacer ses éléments constitutifs par des éléments équivalents sans, pour autant, sortir du cadre de l'invention. On peut, ainsi utiliser deux dispositifs selon l'invention pour mesurer l'écart entre deux pièces munies d'un mouvement relatif de translation. Les dents, représentées à la figure 5, peuvent être très proches les unes des autres pour permettre la détection de positions rapprochées. REVENDICATIONS : 1/ Dispositif de détection de position d'un objet soumis à un déplacement linéaire, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un capteur ayant une partie fixe et une partie mobile, la partie fixe comprenant - un circuit magnétique (10) en forme de E comprenant trois branches parallèles (11, 12, 13) . une branche centrale (11) comprenant un premier enroulement (11A), ayant m spires, alimenté par un oscillateur (20) à une fréquence f, . une seconde branche (12) comprenant un second enroulement (12A) comportant n spires, . une troisième branche (13) comprenant un troisième enroulement (13A) comportant N spires, avec N - n' + n et n' voisin de n, . les second et troisième enroulements étant connectés en série et bobinés en sens opposés de manière que les tensions induites dans les deuxième et troisième bobinages soient de sens opposés, . la partie mobile comprenant un moyen solidaire de l'objet pour pouvoir annuler l'échange de flux magnétique entre l'extrémité de la branche centrale (12) du circuit magnétique et l'extrémité de sa troisième branche (13), tout ceci pour une position relative précise de la partie mobile du capteur par rapport à sa partie fixe, - et un comparateur de phase (40) pour déterminer la différence de phase entre le signal émis par ledit oscillateur et le signal issu du circuit constitué par lesdits deuxième et troisième enroulement, permettant la détection de ladite position relative. 2/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen comprend au moins une dent (6) en matériau amagnétique, ladite dent et ledit circuit magnétique étant disposés l'un par rapport à l'autre de telle manière que le passage de la dent vienne annuler l'échange de flux magnétique entre ladite première et ladite troisième branche du circuit magnétique (10). 3/ Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce què ledit objet est un arbre (5) se déplaçant le long de son axe de symétrie ( A ) . 4/ Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit moyen est une lame (50) calée longitudinalement sur l'arbre de la machine et disposé perpendiculairement à cet arbre, ladite lame comportant au moins une encoche (51) remplie d'un matériau amagnétique, ladite lame et ledit circuit magnétique étant disposés l'un par rapport à l'autre de telle manière que le passage de l'encoche vienne annuler l'échange de flux magnétique entre ladite première et ladite troisième branche du circuit magnétique (10). 5/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le comparateur de phase (40) est du type numérique, le signal issu du circuit constitué par les deuxième et troisième bobinages étant filtré au moyen d'un filtre (33) accordé sur la fréquence de l'oscillateur et amplifié au moyen d'un amplificateur à grand gain (34). 6/ Dispositif selon l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que le comparateur de phase (40) et l'oscillateur (20) sont placés à une distance de plusieurs dizaines de mètres du circuit magnétique (10), les liaisons étant réalisées au moyen de câbles blindés (21, 31).