Brevet FR2695210A1 — publié le 19940304

La présente invention concerne un dispositif pour la mesure d'un champ électromagnétique en un point déterminé de l'espace. L'invention concerne plus particulièrement un dispositif permettant de mesurer les composantes du champ électromagnétique selon trois axes de mesure perpendiculaires et concourant au point de mesure. Un capteur élémentaire de champ, par exemple du type comportant une barre inductive, mesure la valeur moyenne du champ embrassé par le noyau magnétique. En considérant que le champ mesuré est globalement constant, le centre de mesure se trouve sensiblement au milieu de la longueur du noyau. I1 est possible de mesurer les composantes du champ selon deux axes perpendiculaires au moyen par exemple d'un capteur à noyau fermé du type utilisant un cadre magnétique. Le centre de mesure est situé au centre de la surface délimitée par le circuit magnétique si l'on suppose que le champ est constant. Si l'on ajoute un autre capteur à noyau axial pour mesurer le champ selon un troisième axe perpendiculaire au plan du noyau fermé, les centres magnétiques propres à chaque capteur ne peuvent être confondus en un seul point et la précision des mesures ainsi obtenues est insuffisante, notamment dans le cas d'une mesure d'un champ électromagnétique proche, par rapport aux dimensions globales du dispositif de mesure, et il est notamment difficile d'identifier un champ vectoriel à partir des valeurs des composantes orthogonales issues de points de mesure différents. La présente invention a pour but de proposer un dispositif permettant d'effectuer la mesure selon les trois axes orthogonaux en un même point et qui ne perturbe pas le champ mesure. Dans ce but, l'invention propose un dispositif de mesure caractérisé en ce que, pour chacun des trois axes de mesure, le dispositif comporte deux capteurs élémentaires de champ à contre-réaction de flux dont chacun est constitué d'un noyau en matériau magnétisable qui est entouré d'une bobine de contre-réaction et d'une bobine de mesure, en ce que les deux capteurs élémentaires sont agencés sur l'axe de mesure de manière que leurs bobines de mesure soient positionnées symétriquement par rapport au point de mesure, et en ce que les enroulements des deux bobines de contre-réaction sont montés en série dans un circuit de contre-réaction dont les bornes sont reliées aux bornes d'un circuit de mesure associant les enroulements des deux bobines de mesure. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le circuit de mesure comprend les deux enroulements des bobines de mesure montés en série ou en parallèle et un circuit d'amplification de la tension aux bornes du montage, en série ou en parallèle, des enroulements des bobines de mesure - le circuit de contre-réaction comporte le montage en série des enroulements des deux bobines de contreréaction dont une des bornes est reliée à la sortie du circuit d'amplification à travers une résistance de contre-réaction ; - le dispositif comporte une ossature de support en forme d'étoile à trois dimensions à six branches orthogonales dont chacune supporte un capteur élémentaire de champ à contre-réaction de flux - chaque branche est un cylindre qui est reçu dans un alésage coaxial du noyau du capteur. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui va suivre pour la compréhension de laquelle on se reportera aux dessins annexés dans lesquels - La figure 1 est un schéma illustrant le principe de conception d'un dispositif de mesure réalisé conformément aux enseignements de 1 invention et comportant six capteurs élémentaires de champ à contre-réaction de flux; - la figure 2 est une vue en perspective à plus grande échelle d'un des capteurs élémentaires illustrés sur la figure 3 - la figure 3 est un schéma illustrant un premier exemple du raccordement des bobines de mesure et de contre-réaction pour les deux capteurs élémentaires associes sur l'un des axes de mesure - la figure 4 est une vue similaire à celle de la figure 3 illustrant une variante de réalisation ; et - la figure 5 est une vue en coupe par un plan contenant deux des axes de mesure d'un exemple de réalisation d'un dispositif de mesure de champ dont le principe est illustré à la figure 1. Comme on peut le voir sur la figure 1, le dispositif de mesure 10 conforme aux enseignements de l'invention comporte six capteurs élémentaires disposés géométriquement de la manière suivante. En considérant le point central 0 auquel on désire effectuer la mesure des composantes d'un champ électromagnétique selon trois axes perpendiculaires concourants en 0, chacun de ces axes X1-X2, Y1-Y2 et Z1-Z2, comporte deux capteurs élémentaires de mesure qui sont agences symétriquement par rapport au centre de mesure 0. Ainsi, l'axe X1-X2 comporte deux capteurs élémentaires CX1 et CX2 agencés respectivement de part et d'autre du point 0. Comme on peut le voir sur la figure 2, chacun des capteurs élémentaires C est un capteur de champ électromagnétique à contre-réaction de flux qui comporte, selon une conception connue, un noyau central cylindrique N en matériau magnétisable qui est entouré par l'enroulement d'une bobine de contre-réaction CR. Le capteur élémentaire C comporte également une bobine de mesure M qui entoure la bobine de contreréaction et le noyau N. Chacun des capteurs élémentaires C est positionné de manière que l'axe de mesure correspondant soit coaxial au noyau N. Le positionnement relatif de deux capteurs élémentaires d'un même axe de mesure doit être très précis et tel que chaque noyau et la bobine de mesure M qui lui est associée occupent une position symétrique de celle des composants de 1 ' autre capteur du même axe, par rapport au centre de mesure 0. Le noyau N est par exemple un noyau ferrite en forme de tube. Les deux capteurs élémentaires d'un meme axe de mesure doivent etre identiques (noyaux, bobines de mesure, bobines de contre-réaction). On décrira maintenant en se référant à la figure 3 et à titre d'exemple, le schéma de raccordement électrique des enroulements des deux capteurs élémentaires équipant l'axe de mesure X1-X2. Comme on peut le constater sur la figure 3, les enroulements des deux bobines de contre-réaction CRX1 et CRX2 sont montés en série de meme que, dans cet exemple de réalisation les deux enroulements des deux bobines de mesure MX1 et MX2. La tension recueillie à la sortie du montage en série des enroulements des deux bobines de mesure MX1 et MX2 est appliquée à l'entrée d'un circuit d'amplification 12 à la sortie duquel on prélève, sous la forme d'une tension de sortie, un signal SX qui est proportionnel à la moyenne arithmétique des champs que mesurerait chacun des deux capteurs élémentaires CX1 et CX2 si ces capteurs étaient montés indépendamment l'un de l'autre. La tension de sortie de l'amplificateur est également appliquée au montage en série des enroulements des deux bobines de contre-réaction, par l'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction, conformément au principe connu de fonctionnement des capteurs de champ à contre-réaction de flux. Le schéma de raccordement illustré à la figure 4 diffère du précédent en ce que les enroulements des deux bobines de mesure MX1 et MX2 sont montés en parallèle, la sortie de ce montage en parallèle étant reliée à l'entrée du circuit d'amplification 12. Le- raccordement des capteurs sur les deux autres axes de mesure est identique. Le signal de sortie est ici également proportionnel à la moyenne des champs que mesurerait chacun des deux capteurs élémentaires si ils étaient montés indépendamment l'un de l'autre. Les capteurs élémentaires associés conformément à l'invention ne perturbent pas le champ mesuré. En effet, selon le principe de fonctionnement d'un capteur de champ à contre-réaction de flux, et si le gain de l'amplificateur ou du circuit d'amplification était infini, le flux dans le noyau serait annulé. La perméabilité apparente du noyau serait égale à 1 et la présence du capteur ne perturberait pas le champ local. Par rapport à cette analyse théorique, et en pratique, on constate que la perméabilité apparente est très proche de 1 et qu'ainsi la perturbation apportée par le capteur au champ mesuré est pratiquement nulle. On décrira maintenant le mode de réalisation d'un dispositif selon l'invention illustré à la figure 5. Ce dispositif comporte un boîtier 14 de forme générale parallélépipédique rectangle relié à un bras de manipulation 16 dont la direction longitudinale est, dans cet exemple, confondue avec l'axe X1-X2. Les parois latérales du boîtier 14, autres que celle à laquelle est fixé le bras 16, en association avec une cloison interne 18 délimite un volume interne cubique 20 à l'intérieur duquel sont agencés les six capteurs élémentaires schématisés à la figure 1. Pour maintenir les capteurs dans leurs positions géométriques respectives par rapport au point de mesure 0 sensiblement confondu avec le centre du cube 20, le dispositif 10 comporte une ossature ou squelette 22. L'ossature 22 comporte un élément central 24 en forme de cube qui porte six branches cylindriques orthogonales dont quatre sont visibles à la figure 5, respectivement 26X1, 26X2, 26Z1 et 26Z2. Chacune des six branches est un cylindre sur lequel est monté coaxialement un capteur élémentaire correspondant dont le noyau central est traversé par la branche. Les capteurs sont positionnés avec précision par rapport au centre 0 grâce à la mise en appui contre les faces du cube central 24 des extrémités axiales correspondantes des noyaux, ainsi que par la coopération des faces transversales des bobines de mesure tournées vers le centre 0. A cet effet, chacune de ces faces 28X1 à 28Z2 est une face de contour carré et chanfreinée de manière à être en appui mutuel avec les autres faces pour délimiter un cube central 30. La structure du montage illustré à la figure 5 permet donc d'assurer avec précision le positionnement des différents capteurs élémentaires sur chaque axe et par rapport au centre de mesure 0. Le boîtier 14 est associé à un boltier électronique complémentaire (non représenté) dans lequel sont agencés les différents circuits pour le raccordement des bobina ges et un traitement des signaux de sortie sur chacune des trois voies de mesure associée à un des axes de mesure. REVENDICATIONS 1. Dispositif (10) pour la mesure d'un champ électromagnétique en un point (O) déterminé de l'espace du type comportant plusieurs capteurs (CX1 - CZ2)) agencés de manière à mesurer les composantes du champ magnétique selon trois axes de mesure (X1-X2, Y1-Y2, Z1- Z2) perpendiculaires et concourants au point de mesure (O), caractérisé en ce que pour chacun des trois axes de mesure, le dispositif comporte deux capteurs élémentaires de champ à contre-réaction de flux dont chacun est constitué d'un noyau (N) en matériau magnétisable qui est entouré d'une bobine de contre-réaction (CR) et d'une bobine de mesure (M), en ce que les deux capteurs élémentaires sont agencés sur l'axe de mesure de manière que leurs bobines de mesure (M) soient positionnées symétriquement par rapport au point de mesure (O), et en ce que les enroulements des deux bobines de contreréaction (CR) sont montés en série dans un circuit de contre-réaction dont les bornes sont reliées aux bornes d'un circuit de mesure associant les enroulements des deux bobines de mesure (M). 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de mesure comprend les deux enroulements des bobines de mesure (M), montés en série ou en parallèle, et un circuit d'amplification (12) de la tension aux bornes du montage en série ou en parallèle des enroulements des bobines de mesure (M). 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit de contre-réaction comporte le montage en série des enroulements des deux bobines de contre-réaction (CR) dont une des bornes est reliée à la sortie du circuit d'amplification (12) à travers une résistance de contre-réaction (R). 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une ossature de support (22) en forme d'étoile à trois dimensions à six branches orthogonales dont chacune supporte un capteur élémentaire de champ à contreréaction de flux. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque branche est un cylindre qui est reçu dans un alésage coaxial du noyau (N) du capteur (C).