Brevet FR2725025A1 — publié le 19960329

TACHYMETRE MAGNETOXPTIQUE La présente invention concerne un tachymètre magnéto-optique. II est connu d'utiliser des capteurs tachymétriques magnéto-optiques, notamment pour la mesure de la vitesse de rotation d'un arbre auquel est accouplée une roue dentée. De tels capteurs comprennent, d'une manière générale, une source de rayonnement lumineux, des moyens pour polariser ledit rayonnement, un cristal en matériau magnéto-optique disposé pour être traversé par ledit rayonnement polarisé, et un circuit magnétique agencé pour créer dans ledit cristal un champ magnétique modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse à mesurer. La roue dentée étant incluse dans le circuit magnétique, le passage de ses dents devant le cristal modifie le champ magnétique créé dans ce dernier. II en résulte, par effet Faraday, une rotation du plan de polarisation de la lumière d'un angle a fonction du champ magnétique B.Dans le cas où, après traversée du cristal, la lumière est réfléchie pour le traverser de nouveau, son plan de polarisation a toumé de 2a. Après une deuxième traversée du polariseur, I'intensité lumineuse à la sortie a donc pour valeur: I= =Lcos2(2a) 2 où Io est l'intensité lumineuse provenant de la source. L'angle a dépendant du champ magnétique B, I'intensité lumineuse à la sortie du capteur est modulée à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue dentée. On peut montrer que l'angle a ne dépend que de la composante B, du champ magnétique parallèle à la direction de propagation de la lumière: a =K. B. cosys où K est une constante dépendant du matériau magnéto-optique utilisé et e est l'angle formé entre le champ magnétique et la direction de propagation du rayonnement lumineux. De ce fait, la plupart des systèmes tachymétriques magnétooptiques adoptent des solutions permettant d'obtenir des champs magnétiques axiaux les plus grands possibles. Mais il en résulte essentiellement deux inconvénients. Tout d'abord, les passages des dents de la roue dentée ne peuvent entraîner que des perturbations faibles du champ magnétique. La modulation de l'intensité lumineuse qui en résulte est donc difficile à détecter. Par ailleurs, le champ magnétique utilisable a une valeur limitée au champ magnétique à saturation du matériau utilisé. La présente invention vise à pallier ces inconvénients. A cet effet, I'invention a pour objet un tachymètre magnéto-optique, comprenant une source de rayonnement lumineux, des moyens pour polariser ledit rayonnement, un cristal en matériau magnéto-optique disposé pour être traversé par ledit rayonnement polarisé, et un circuit magnétique agencé pour créer dans ledit cristal un champ magnétique modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse à mesurer, caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique est agencé de sorte que ledit champ magnétique possède une composante perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement lumineux dans ledit cristal. Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit circuit magnétique comprend une roue dentée entraînée à une vitesse de rotation proportionnelle à la vitesse à mesurer et est agencé de sorte que, en l'absence de ladite roue dentée, il produirait une rotation de la polarisation dudit rayonnement lumineux d'un angle moyen compris entre environ 35 et environ 55 , et notamment de l'ordre de 45". Ainsi, la modulation du champ magnétique B revenant pour l'essentiel à le faire osciller de part et d'autre de sa position moyenne, il en résulte de fortes variations de la composante Bx responsable de la modulation de l'intensité lumineuse, dans la mesure où le champ fait un angle convenable avec la direction de propagation du rayonnement lumineux dans le cristal magnéto-optique. On obtient alors des angles de rotation de polarisation importants autour de la valeur moyenne de 45". Le tachymètre selon l'invention présente ainsi deux avantages. Tout d'abord, le dispositif fonctionne autour d'une rotation due à l'effet Faraday permettant d'obtenir les variations d'intensité lumineuse les plus importantes possibles pour une même variation de champ magnétique. Par ailleurs, on peut utiliser des champs magnétiques puissants donnant de fortes variations de leur composante axiale, permettant d'obtenir de fortes variations de l'angle de polarisation. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lequel ledit champ magnétique fait, avec la direction de propagation du rayonnement lumineux, un angle moyen compris entre environ 65" et environ 85 , et notamment de l'ordre de 75". Plus particulièrement, ledit circuit magnétique peut comprendre une pluralité d'aimants permanents décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de propagation dudit rayonnement lumineux. On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel: - la figure 1 illustre schématiquement, en vue axiale, un tachymètre selon l'invention, et - la figure 2 illustre une variante de réalisation. Ce tachymètre comprend de façon connue une roue dentée montée sur un arbre dont souhaite mesurer la vitesse de rotation. On voit sur la figure une des dents 1 de cette roue, disposé en vis-à-vis du corps 2 du capteur selon l'invention. A l'intérieur de ce corps 2, une lentille de collimation 3 à gradient d'indice est disposée devant l'extrémité d'une fibre optique 3', agencée pour amener au capteur un rayonnement lumineux provenant d'une diode laser. A la suite de la lentille 3, se trouvent successivement un polariseur 4, une lame 5 en matériau magnéto-optique, par exemple de type grenat bismutn- fer, et une couche réfléchissante 6. L'ensemble est agencé de telle façon que la lumière réfléchie par la couche 6 soit transmise à la fibre optique 3'. On peut également disposer la lame 5 entre deux lentilles de collimation 3a et 3b comme montré à la figure 2, de façon à éviter que la lumière retraverse la lame 5 au même endroit. Le champ magnétique dans la lame 5 est créé à l'aide de deux aimants permanents 7 et 8 cylindriques en alliage de samarium-cobalt Ces deux aimants sont disposés dans le corps 2 de part et d'autre de l'axe optique 9, orienté selon les directions F1 et F2 respectivement des rayonnements lumineux incident et réfléchi. Les aimants 7 et 8 sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas au même niveau le long de l'axe optique 9 Il en résulte que le champ magnétique B dans le cristal 5 possède une composante transverse By perpendiculaire à l'axe 9. Les caractéristiques géométriques et magnétiques des aimants 7 et 8 sont calculées de telle sorte que le champ magnétique B fasse avec l'axe 9 un angle O égal à 80" lorsque, comme c'est le cas sur la figure, une dent de la roue dentée se trouve alignée avec l'axe 9, et égal à 70" lorsqu'un creux de la roue se trouve aligné avec l'axe. On démontre que l'on peut ainsi obtenir des variations du champ magnétique axial Bx de l'ordre de +50 X6 de sa valeur moyenne. II en résulte, dans la lame 5 de matériau magnéto-optique, une rotation du plan de polarisation de la lumière réfléchie fonction de la longueur d'onde, mais de l'ordre de 45 , donnant finalement une modulation d'intensité lumineuse qui est aussi de l'ordre de +50% de sa valeur moyenne. L'invention permet donc d'obtenir de beaucoup plus fortes modulations de l'intensité lumineuse que dans l'art antérieur, et donc des tachymètres dans lesquels le traitement du signal se trouve grandement simplifié. REVENDICATIONS 1- Tachymètre magnéto-optique, comprenant une source de rayonnement lumineux (3'), des moyens (4) pour polariser ledit rayonnement, un cristal (5) en matériau magnéto-optique disposé pour être traversé par ledit rayonnement polarisé, et un circuit magnétique (7,8) agencé pour créer dans ledit cristal un champ magnétique (B) modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse à mesurer, caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique est agencé de sorte que ledit champ magnétique possède une composante (By) perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement lumineux dans ledit cristal. 2- Tachymètre magnéto-optique selon la revendication 1, dans lequel ledit circuit magnétique comprend une roue dentée (1) entrainée à une vitesse de rotation proportionnelle à la vitesse à mesurer et est agencé de sorte que, en l'absence de ladite roue dentée, il produirait une rotation de la polarisation dudit rayonnement lumineux d'un angle moyen compris entre environ 35 et environ 55 , et notamment de l'ordre de l'ordre de 45". 3- Tachymètre magnéto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel ledit champ magnétique est indiné, par rapport à la direction de propagation du rayonnement lumineux, d'un angle moyen compris entre environ 65" et environ 85 , et notamment de l'ordre de 75". 4- Tachymètre magnéto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit circuit magnétique comprend une pluralité d'aimants permanents (7,8) décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de propagation dudit rayonnement lumineux.