Brevet FR2632422A1 — publié le 19891208

La présente invention concerne un procédé et un dispositif pour détecter la proximité d'un objet ferromagnétique, même à travers une paroi métallique. On connaît de nombreuses formes de réalisation de capteurs de proximité qui sont couramment utilisés, en particulier, pour détecter la présence d'armes dans les aéroports et repérer les objets volés dans les magasins. Toutefois, ces détecteurs du commerce ne peuvent pas fonctionner d travers une paroi métallique nienie si cette dernière est amagnétique, alors que, pour certaines applications, il est nécessaire que le capteur soit séparé par une telle paroi du milieu dans lequel se trouve l'objet à détecter. I1 en est ainsi, par exemple, pour la détection des pales de la turbine d'un débitmètre plongé dans un liquide corrosif, où il est indispensable que le capteur ne soit pas en contact avec le liquide dont il s'agit de mesurer le débit. Aussi le but de la présente invention est-il de fournir un détecteur ou capteur de proximité qui fonctionne à travers une paroi métallique, à condition toutefois que celle-ci soit amagnétique. Selon l'invention, ce but, et d'autres qui appa raieront par la suite, comme la réalisation d'un capteur qui soit fiable, précis et relativement peu coûteux, sont atteints grace à un procédé du genre spécifié ci-avant qui est caractérisé par le fait que l'on mesure la concentration des lignes de champ magnétique créée par l'objet à détecter a l'aide de deux bobines détectrices qui sont montées en différentiel et que l'on soumet à l'action d'une bobine primaire excitatrice engendrant un champ magnétique alternatif a fréquence fixe, par exemple voisine de 5 kHz ; et que l'on déduit la proximité de l'objet à détectez de la mesure de concentration ainsi réalisée. On sait que cette mesure de la concentration des lignes de champ magnétique est possible à travers une paroi métallique si celle-ci est amagnétique, de sorte que le but visé qui a été indiqué plus haut est parfaitement rempli. Dans le cas où l'objet ferromagnérique d détecter se déplace périodiquement par rapport aux bobines détectrices spécifiées ci-avant, et, en particulier, s'il s' agit d'une turbine placée dans une canalisation qui est parcourue par un fluide et dont on veut déterminer à distance la vitesse de rotation pour obtenir le débit du fluide qui la fait tourner, on soumet avantageusement à une détection synchrone les signaux engendrés aux bornes des bobines détectrices, et on exploite les signaux ainsi détectés pour déterminer la fréquence de déplacement de l'objet ferromagnetique et, en particulier, pour déterminer sa vitesse de rotation s'il s'agit d'une turbine débitmétrique. On comprend que la détection synchrone élimine la fréquence d'oscillation induite par la bobine primaire d'excitation, et que l'on obtient un signal dont la. fréquence est directement liée d la vitesse de rotation de la turbine. La détermlnation de cette fréquence permet d'en déduire aisément la vitesse de rotation de la turbine, et donc le débit du fluide qui la fait tourner. Quant au dispositif selon l'invention pour la mise en oeuvre du procédé précité, il est caractérisé par le fait qu'il comporte un ensemble détecteur comprenant une bobine de mesure et une bobine de compensation montées en série une bobine primaire entourant cet ensemble détecteur ; des moyens pour alimenter cette bobine primaire sous une fréquence fixe et des moyens pour exploiter les signaux différentiels produits aux bornes de l'ensemble détecteur précité. Avantageusement, la bobine de mesure et la bobine de compensation de ce dispositif sont identiques entre elles et disposées côte & côte å axes parallèles & l'intérieur de la bobine primaire qui les entoure de manière coaxiale, leurs spires étant de sens opposés. Selon une forme de réalisation avantageuse, les moyens d'alimentation de la bobine primaire comprennent un oscillateur suivi d'un amplificateur à gain réglable. Quant aux moyens d'exploitation des signaux différentiels obtenus aux bornes des bobines détectrices, ils comprennent avantageusement un détecteur synchrone et des moyens d'exploitation des signaux détectés par ce dernier. Ce détecteur synchrone peut comprendre un amplificateur & gain réglable, un filtre passe-bande accordé sur la fréquence de l'oscillateur spécifié plus haut, un dispositif de redressement de la double alternance et un filtre passebas accordé sur une fréquence inférieure à celle de l'oscillateur. Ainsi que cela a déJà été dit plus haut, une application particulièrement intéressante du procédé et du dispositif selon la présente invention consiste en la détection des pales d'une turbine débitmétrique placée à l'intérieur d'une canalisation. Dans ce cas, les moyens d'exploitation des signaux détectés comprennent avantageusement un comparateur à hystérésis à réglage du seuil qui attaque un débitmètre et/ou un dispositif d'étalonnage. La description qui va suivre, et qui ne présente aucun caractère limitatif, permettra de bien comprendre comment la présente invention peut être mise en pratique. Elle doit être lue en regard des dessins annexés parmi lesquels - La figure 1 montre une vue de profil schématique du capteur que comprend le détecteur de proximité selon l'invention - La figure 2 représente une vue de dessus, également schématique, de l'objet de la figure 2 ; et - La figure 3 montre, sous la forme d'un diagramme par blocs, les circuits électriques du détecteur de l'inven tion. Le capteur représenté sur les figures 1 et 2 comprend une bobine de mesure 1 et une bobine de compensation 2 qui sont disposées côte à côté, à axes paral lèles, à l'intérieur d'une bobine primaire d'excitation coaxiale 3. Ces bobines 1 et 2 sont montées en série elles elles sont identiques entre elles, mais le sens de leurs spires est opposé, et elles peuvent comprendre chacune 2.000 spires de fil électrique de 7/100. I1 s'agit ici de détecter sans contact la proximité des pales d'une turbine T d'un débitmètre, et, & cette fin, cette turbine est enfermée dans le conduit qui est traversé par le liquide dont il s'agit de mesurer le débit, et qui est représenté très schématiquement en C sur la figure 1. Pour sa part, la, bobine primaire 3 est alimentée par un courant d'excitation 9 une fréquence fixe de 5 kHz, et la proximité d'un objet ferromagnétique concentre les lignes de champ magnétique, ce qui induit un courant différentiel dans les bobines de mesure 1 et de compensation 2 montées en série. La présence de ce courant traduit la proximité de cet objet et, s'il s'agit des pales de la turbine T, on comprend aisément que ces dernières engendrent des signaux périodiques dont la fréquence correspond à la vitesse de rotation de la turbine, et donc au débit du liquide dans lequel elle est plongée.Ces signaux modulent le signal d 5 kHz induit par la bobine primaire 3, et il suffit de les soumettre à une détection, au sens électronique du terme, pour déterminer leur fréquence propre, et, par voie de conséquence, le débit mesuré par la turbine T. A cette fin, on peut utiliser les circuits électroniques qui sont représentés sur la figure 3 sous la forme d'un diagramme par blocs. En ce- qui concerne l'alimentation de la bobine primaire 3, on trouve tout d'abord un oscillateur 10 dont la fréquence peut etre amenée avec précision à une valeur égale & 5 kHz, par exemple, grâce å un dispositif il de réglage de la fréquence. Le courant & 5 kHz' ainsi engendré est amplifié dans un amplificateur 12 muni d'un réglage du gain 13, puis il est envoyé dans la bobine primaire 3. En ce qui concerne maintenant l'exploitation des signaux différentiels qui sont engendrés dans l'ensemble des bobines de mesure 1 et de compensation 2 montées en série et qui traduisent la rotation de la turbine T, ils sont amplifiés dans un amplificateur 14 muni d'un réglage du gain 15, puis soumis à un premier filtrage dans un filtre passebande 16 centré sur 5 kHz qui est destiné à éliminer les bruits parasites et qui est muni d'un dispositif de réglage de l'écart de fréquence 17. Après un redressement de la double alternance en 18 et un, passage dans un filtre passe-bas 19 réglé a 1 kHz, on obtient les signaux détectés dont la fréquence est égale à la fréquence de passage des pales de la turbine T devant le capteur des figures 1 et 2. Ainsi, une turbine à quatre pales tournant a- 5 tours par seconde engendrera un signal détecté dont la fréquence sera égale à : 4 x 5 = 20 Hz. Pour leur exploitation finale, ces signaux détectés arrivent dans un comparateur à hystérésis 20 qui comprend un dispositif de réglage du seuil 21 et qui fournit des signaux de sortie carrés directement exploitables pour la détermination de la fréquence de la turbine T, et donc du débit du liquide parcourant la canalisation C. Ces signaux de sortie du comparateur 20 peuvent être injectés dans un compteur pour déterminer le volume de fluide ayant traversé la canalisation C pendant une durée déterminée. Ils peuvent également être comparés à des signaux de consigne en vue d'étalonner le compteur constitué par la turbine T. Cette exploitation des signaux de sortie est à la portée des spécialistes en la matière et elle ne sera donc pas décrite ici de manière détaillée. On notera enfin que l'oscillateur 10, le filtre passe-bande 16 et le redresseur 10 peuvent être regroupés physiquement sur un même circuit intégré qui matérialise leur fonction globale de détection synchrone. - REVENDICATIONS 1. Procédé pour détecter la proximité d'un objet ferromagnétique, caractérisé par le fait que l'on mesure la concentration des lignes de champ magnétique créée par ledit objet å l'aide de deux bobines détectrices qui sont montées en différentiel et que l'on soumet b l'action d'une bobine primaire excitatrice engendrant un champ magnétique alterna tif à fréquence fixe cet et que l'on déduit la proximité dudit obJet de ladite mesure de concentration. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel ledit objet ferromagnérique se déplace périodiquement par rapport auxdites bobines détectrices, caractérisê par le fait que l'on soumet à uno détection synchrone les signaux engendré aux bornes de ces bobines, et que l'on exploite les signaux ainsi- détectés pour déterminer la fréquence de déplacement dudit objet ferromagnétique. 3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé Far le fait que ledit objet ferromagnétique est une turbine placée dans une canalisation qui est parcourue par un fluide, etque l'on exploite lesdits signaux détectés pour déterminer la vitesse de rotation de ladite turbine, 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que ladite bobine primaire excitatrice engendre un champ magnétique d'une fréquence voisine de 5 kHz. 5. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il comporte un ensemble détecteur comprenant une bobine de mesure (1) et une bobine de compensation 6. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé par le fait que ladite bobine de mesure (1) et ladite bobine de compensation (2) sont identiques entre elles et disposées côte à côte à axes parallèles à l'intérieur de ladite bobine primaire (3) qui les entoure de manière coaxiale, leurs spires étant de sens opposés. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'alimentation comprennent un oscillateur (10) suivi d'un amplificateur à gain réglable 8. Dispositif selon. l'une quelconque des revendications 5 a 7, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'exploitation des signaux différentiels comprennent un détecteur synchrone C14 à 19) et des moyens d'exploitation des signaux détectés par ce dernier. 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé par le fait que ledit détecteur synchrone comprend un amplificateur a gain réglable 10. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 8 et 9, dans lequel ledit objet a détecter est constitué par les pales d'une turbine débitmétrique (T) placée à l'int6- rieur d'une canalisation (C), caractérisé par le fait que lesdits moyens d'exploitation des signaux détectés comprennent un comparateur à hystérésis (20) à réglage du seuil qui attaque un débitmètre et/ou un dispositif d'étalonnage.