Brevet FR2716713A1 — publié le 19950901

" Installation pour mesurer une course ou un angle ". La présente invention concerne installation pour mesurer une course ou un angle, comprenant au moins une bobine et un élément d'amortissement mobile par rapport à la bobine, cet élément étant en matière conductrice d'électricité, ainsi qu'un dispositif pour déterminer l'inductance de la bobine en fonction de la position de l'élément d'amortissement par rapport à la bobine Un moyen connu de ce type (DE- 38 15 074) se compose de deux paires de bobines plates rectangulaires prévues sur la paroi intérieure d'un support de bobine, cy- lindrique; en regard de ces bobines il y a un élément in- térieur en matière conductrice d'électricité (pièce conductrice d'électricité) monté à rotation dans le support de bobine. La pièce conductrice d'électricité est formée pour recouvrir toujours deux fois les parties de chaque fois deux bobines en regard. Cette pièce est déplacée par rapport au support de bobine et lorsque pour des bobines juxtaposées le rapport des parties de surface couvertes par la pièce conductrice change, la surface de la pièce conduc- trice associée à la première bobine augmente chaque fois de la même valeur que celle de la bobine suivante diminue. Le rapport des inductances des bobines change; ce rapport est une grandeur de mesure du débattement de la pièce conduc- trice de courant par rapport au support de bobine. Pour ar- river à un résultat aussi peu erroné que possible on additionne les signaux de mesure des bobines respectivement opposées et on retranche ceux des bobines qui se suivent. Cela permet d'éliminer surtout l'influence des erreurs d'origine mécanique résultant du jeu radial de la pièce conductrice. De plus, la précision des résultats de mesure obtenue se définit par la précision linéaire systématique du dispositif de mesure qui ne peut s'améliorer même si l'on tient compte des résultats de mesure provenant de plu- sieurs bobines. Des essais ont montré que les dispositifs à bobines de capteur, de forme rectangulaire sont en général entachés d'un défaut de linéarité. Pour utiliser un tel dispositif connu pour des mesures très précises, il faut une installation de compensation se traduisant en général par un coût supplémentaire non acceptable. Le dispositif décrit ci-dessus ne convient que de manière limitée pour des mesures de pure translation car la réalisation en dou- ble des bobines de capteur et de la pièce conductrice abou- tirait à un capteur relativement grand et coûteux. Un autre dispositif de mesure connu selon le type de la revendication principale (EP 211 901) se compose de deux bobines plates en forme de demi-cercle placées dans un plan et au-dessus duquel tourne une pièce métallique re- couvrant de manière précise la surface d'une bobine. Lors- que la pièce métallique se déplace, en fonction du débattement, la partie de surface recouverte d'une bobine augmente de la même valeur que celle recouverte de l'autre bobine diminue. La grandeur de mesure utilisée est l'inductance des bobines que l'on détermine par la fré- quence de résonance des bobines qui s'établit alors. Ce dispositif ne convient pour des mesures de grande précision que si les erreurs systématiques de linéarité liées au principe de mesure n'ont aucune importance. La présente invention a pour but de créer une installation pour mesurer des courses ou des angles et dont les résultats de mesure présentent une meilleure précision de linéarité que celle que permettent les installations connues. A cet effet, l'invention concerne une installa- tion de mesure caractérisée en ce qu' au moins une bobine a sensiblement une forme de trapèze dont les bases sont per- pendiculaires à la direction du mouvement relatif de la bo- bine et de l'élément d'amortissement et dont la largeur varie dans cette direction. La réalisation avantageuse des bobines de me- sure donne à la courbe caractéristique de l'installation de mesure selon l'invention une linéarité remarquable. La fa- brication et l'utilisation de cette installation présentent tous les avantages des installations connues notamment la possibilité de l'utiliser comme capteur de course et d'angle. Dans l'application comme capteur d'angle, les bo- bines peuvent être mises à plat dans le plan de l'angle à mesurer ou encore sous une forme cylindrique le long du segment d'arc défini par l'angle à mesurer. Un exemple d'installation de mesure selon l'invention sera décrit ci-après à l'aide des dessins an- nexés dans lesquels: La figure 1 montre une image de la structure d'une installation de mesure selon l'état de la technique. La figure 2 montre une image de la structure d'une installation de mesure selon l'invention. La figure 3 montre une comparaison qualitative des courbes caractéristiques d'une installation de mesure connue et d'une installation de mesure selon l'invention. Description de l'exemple de réalisation. La figure 1 montre la construction de principe d'une installation de mesure appartenant à l'état de la technique. Cette installation comprend deux bobines 1, 3 rectangulaires placées l'une derrière l'autre dans la di- rection de débattement S, et un élément amortisseur 2 cou- lissant par rapport aux bobines 1, 3; cet élément 2 est en métal; l'installation comprend également une unité d'exploitation 5 qui détermine la position de l'élément d'amortisseur 2. L'élément amortisseur 2 est réalisé avan- tageusement comme étrier en forme de U qui entoure des deux côtés les bobines 1, 3. Sa dimension est choisie pour que dans les deux positions de fin de course O, E de la plage de mesure indiquée par l'échelle 4, il recouvre chaque fois complètement ou au moins presque complètement l'une des bo- bines 1, 3. L'installation de mesure 1-5, telle que repré- sentée travaille selon le principe des courants de Fou- cault. L'étrier 2 est déplacé dans la direction S par rapport aux bobines 1, 3 recevant un courant alternatif in- duisant des courants de Foucault dans l'étrier 2. On prend ainsi de l'énergie aux champs magnétiques des bobines 1, 3 ce qui modifie l'inductance des bobines 1, 3. Le degré de modification de l'inductance constitue la grandeur de me- sure. La valeur de l'inductance des bobines dépend des di- mensions de la partie de chacune des bobines 1, 3 recouverte par l'étrier de mesure 2. Pour déterminer la position de l'étrier 2 on définit dans l'unité d'exploitation 5, l'inductance des bo- bines 1, 3 en procédant de préférence de manière connue. En variante, on peut déterminer la position par exemple en dé- terminant la variation d'impédance des bobines. Des analyses précises ont montré que les résul- tats de mesure donnés par l'installation selon la figure 1 surtout lorsque les bobines 1, 3 sont utilisées avec des noyaux larges, sont entachés d'erreurs de linéarité, signi- ficatives. Cela est illustré graphiquement par la courbe 7 de la figure 3 qui montre l'inductance de bobine L [Microhenry] de l'une des bobines rectangulaires 1 selon la figure 1 par rapport au débattement S (mètres). La réfé- rence E désigne le débattement maximum; les références Sz et S2 délimitent la plage pratiquement linéaire de la courbe caractéristique, utilisable pour la mesure. Pour ex- pliciter la différence on a également tracé en tirets 6, la courbe caractéristique linéaire de manière idéale. La dif- férence dépend essentiellement de la largeur " a " du noyau d'une bobine 1, 3 et comme différence typique par rapport à la caractéristique idéale on a obtenu des valeurs de l'ordre de 2 %. L'installation de mesure à bobines 1, 3 trapé- zoidales selon la figure 2 améliore considérablement la précision de linéarité de la courbe caractéristique. Les bobines 1, 3 sont montées de manière que leur largeur b du noyau varie suivant la direction S du débattement. Les grandes bases des trapèzes sont situées du même côté et les petites bases des trapèzes correspondent pratiquement aux limites O, E de la plage de mesure. Selon la géométrie des bobines, pendant le débattement de l'étrier 2, allant par exemple de la position de fin de course O en direction de la position de fin de course E, la largeur b de la bobine augmente avec la diminution du chevauchement par l'étrier et la largeur b' de la bobine 3 du noyau diminue. La situa- tion est exactement l'inverse lors des mouvements de la po- sition de fin de course E en direction de la position de fin de course O. Le dispositif selon la figure 2 présente ainsi une relation non linéaire entre la position de l'étrier 2 et la surface de bobine recouverte. Pour une géométrie cor- recte du trapèze cela donne néanmoins une caractéristique de bobine très linéaire. L'angle c caractéristique de la forme trapézoï- dale des bobines 1, 3 est déterminé avantageusement de ma- nière expérimentale en tenant compte de la longueur souhaitée pour la plage de mesure linéaire Sl, S2 et en fonction de la plus grande largeur des noyaux de bobine. Si une stricte forme trapézoïdale des bobines 1, 3 ne donnait pas la linéarité de précision requise, il est possible pour améliorer la linéarité de la courbe caractéristique, de re- lier les côtés parallèles des bobines trapézoïdales non par des droites, mais par des courbes légèrement concaves ou convexes. La forme proposée pour les bobines donne à cha- que bobine 1, 3 une caractéristique linéaire. Pour les me- sures ne nécessitant pas une compensation de la dérive en température à l'aide de deux bobines, on peut utiliser un dispositif de mesure ne comportant qu'une bobine. Un tel dispositif correspond par exemple à l'exemple de la figure 2 dont on aurait supprimé la bobine 3. R E V E N D I C A T I ON S 1) Installation pour mesurer une course ou un angle, comprenant au moins une bobine et un élément d'amortissement mobile par rapport à la bobine, cet élément étant en matière conductrice d'électricité, ainsi qu'un dispositif pour déterminer l'inductance de la bobine en fonction de la position de l'élément d'amortissement par rapport à la bobine, installation caractérisée en ce qu'au moins une bobine (1) a sensiblement une forme de trapèze dont les bases sont perpendiculaires à la direction du mou- vement relatif de la bobine et de l'élément d'amortissement et dont la largeur varie dans cette direction. 2) Installation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'une base de la bobine (1) correspond pratiquement à la position de fin de course (O) de la plage de mesure (O, E) et le mouvement relatif de la bobine (1) et de l'élément d'amortissement (2) se fait pour que le chevauchement de la bobine (1) par l'élément d'amortis- sement (2) diminue avec l'augmentation du débattement en direction de l'autre position de fin de course (E) de la plage de mesure. 3) Installation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce que la largeur (b) de la bobine (1) aug- mente avec la diminution du chevauchement par l'élément d'amortissement (2). 4) Installation selon la revendication 1, ca- ractérisée en ce qu'une seconde bobine (3) est prévue à la suite d'une première bobine (1) de forme pratiquement tra- pézoidale, cette seconde bobine ayant également une forme pratiquement trapézoïdale dont la largeur (b') diminue en fonction de l'augmentation du chevauchement de cette bobine par l'élément d'amortissement (2).