Brevet FR2767918A1 — publié le 19990305

1j 2767918 Procédé et dispositif pour la mesure d'un mouvement rotatif L'invention concerne un procédé et un dispositif pour la mesure d'un mouvement rotatif. Des procédés, les plus différents qui soient, sont connus pour mesurer des mouvements rotatifs. D'une part, on connaît des procédés qui travaillent avec des aimants permanents, sur une base magnéto-inductive ou magnéto-résistive (capteurs à effet Hall). Les aimants sont en tout cas sujets à encrassement. Une magnétisation d'autres parties mécaniques se produit également à long terme. Il n'existe pas de liberté au niveau d'un effet rétroactif. De plus, on sait mesurer la modification d'une fréquence d'un circuit oscillant constitué par trois circuits oscillants décalés à 120 , en utilisant une partie mécanique tournant avec une roue à ailettes. Ce procédé s'avère désavantageux par l'obligation d'effectuer des réglages manuels et coûteux de compensation, car ce procédé nécessite des circuits oscillants parfaitement équilibrés. Du fait des équilibrages manuels nécessaires, ces circuits réclament beaucoup de travail au niveau de la production et rendent ainsi très coûteux les dispositifs travaillant selon ce procédé. Le procédé est de ce fait seulement utilisé lorsque les inconvénients des systèmes magnétiques ne sont plus supportables et que l'utilisation de ce procédé est incontournable. L'invention a pour but de procurer un procédé et un dispositif de mesure des mouvements rotatifs, qui soient robustes tout en évitant les inconvénients précités, qui aient une durée de vie élevée, qui soient exempts de rétroaction et qui n'influencent ni n'exercent de modification sur d'autres parties et, en particulier, présentent une structure de circuit qui soit simple. 2 2767918 Selon l'invention, le problème cité est résolu par un procédé de mesure d'un mouvement rotatif selon lequel, à un taux de répétition élevé par rapport à la fréquence de rotation, on fournit un saut de tension à au moins un organe électrique constitué d'une résistance ohmique et d'une réactance, organe électrique dont la réactance est disposée à proximité d'un élément rotatif doté de matériau électromagnétique placé au moins par tronçon(s) sur toute la périphérie, et selon lequel est mesurée la durée allant du début du saut de tension jusqu'à l'arrivée à un niveau prédéterminé de tension aux bornes de la résistance ohmique, et selon lequel le mouvement rotatif est déterminé à l'aide de la durée mesurée. Le problème cité est en plus résolu par un dispositif de mesure de mouvement rotatif faisant appel à un saut de tension provoqué par un matériau à magnétisme permanent, placé sur l'élément rotatif. Selon des variantes de réalisation préférées, l'organe électrique peut être un organe de type RL ou RC, et, par conséquent, le saut de tension peut être appliqué sur un tel organe. Selon un autre mode de réalisation préféré, il est prévu que l'arrivée à la tension prédéterminée soit détectée par un détecteur de valeur de seuil, respectivement qu'au moins un détecteur de valeur de seuil, destiné à détecter l'atteinte d'une tension prédéterminée sur la résistance ohmique, soit prévu, le détecteur de valeur de seuil pouvant être en particulier un déclencheur de Schmitt. D'autres modes de réalisation préférés du procédé prévoient qu'à chaque fois deux durées mesurées soient divisées l'une par l'autre et/ou que la durée s'écoulant jusqu'à l'atteinte d'une tension prédéterminée soit mesurée sur plus d'un organe électrique, en particulier que les durées mesurées sur différents organes électriques soient divisées les unes 3 2767918 par les autres. Le taux de répétition des sauts de tension peut être de l'ordre de grandeur de 200 à 1000 Hz, un taux de répétition de 256 Hz étant approprié, eu égard au traitement numérique envisagé. Selon un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention, il est prévu que le dispositif de mesure de temps soit un convertisseur numérique de temps et/ou que le dispositif de mesure de temps présente un diviseur destiné à diviser deux temps. Le matériau à effet électromagnétique peut être soit un matériau conducteur de l'électricité qui est disposé par tronçons sur la périphérie de l'élément rotatif, soit cependant un matériau à magnétisme permanent ou à ferromagnétisme, qui doit également être disposé sur la totalité de la périphérie de l'élément rotatif, la magnétisation ayant au moins une composante perpendiculaire à l'axe de rotation. L'avantage essentiel du procédé selon l'invention et du dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il n'est pas nécessaire de procéder à une compensation au stade du montage final des dispositifs, du fait qu'une mesure de différence de durée est effectuée par un traitement électronique. En particulier, en cas d'utilisation de TDC (convertisseur temps-valeur numérique) comme organe de mesure de différence de durées, on peut choisir pour les organes électroniques (les organes de type RL, RC) des constantes de temps qui sont de l'ordre de grandeur de 200 à 300 nanosecondes, donc très courtes, si bien qu'on peut effectuer des mesures rapides en économisant de l'électricité. Ceci est important du fait que de telles mesures de mouvements rotatifs doivent souvent être effectuées en des endroits pour lesquels on ne dispose pas d'une alimentation électrique issue du réseau, en recourant de ce fait à une alimentation 4 2767918 électrique par batteries. D'autres avantages préférés de l'invention résident dans le fait que le dispositif peut présenter une structure de circuit extrêmement simple avec des capteurs simples et ainsi économiques. Le dimensionnement de la résistance ohmique et celui de la réactance (inductance, capacitance) peut résulter de la possibilité de pouvoir utiliser des composants usuels du commerce et ainsi économiques. La consommation de courant est nettement inférieure à celle du procédé indiqué en début. Il n'est pas nécessaire de procéder à un équilibrage manuel du système. Globalement, grâce à l'invention, on a créé un procédé simple et économique et un dispositif correspondant. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention résultent des revendications et de la description suivante, dans laquelle un exemple de réalisation de l'invention est explicité en détail en faisant référence au dessin. Dans le dessin: la figure 1 est une représentation schématique d'un premier mode de réalisation préféré du dispositif selon l'invention; et la figure 2 est une représentation d'un autre mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Le dispositif 1 selon l'invention part d'un élément rotatif 2 tel qu'une roue à ailettes ou analogue dont on doit mesurer la rotation, et précisément en particulier le nombre de tours de l'élément rotatif 2, le cas échéant, cependant également le sens de rotation. Le dispositif, représenté sur la figure, convient pour déterminer le nombre de tours et le sens de rotation. L'élément rotatif 2 est garni à cette fin, dans le mode de réalisation de la figure 1, par tronçons, d'un matériau 3 conducteur de l'électricité qui, également, peut être ferromagnétique. Le matériau 2767918 conducteur de l'électricité, dans la forme de réalisation représentée, est une plaquette métallique qui occupe, sur le côté de l'élément rotatif 2, dans l'exemple de réalisation, une plage angulaire de 90 . Il peut avoir également une autre valeur, donc être plus petit ou plus grand, et en particulier être situé à environ 160 . Près de l'élément rotatif 2, et précisément à côté d'une face frontale de celui-ci, sont disposées, dans l'exemple de réalisation représenté, des réactances réalisées sous la forme d'inductances L appartenant à des organes électriques 4, ici des organes de type RL qui, outre l'inductance L, présentent également une résistance ohmique R. Les organes de type RL sont réalisés (en règle générale) à l'identique. L'inductance L et la résistance ohmique R peuvent ainsi être choisies de manière que l'organe RL ait une constante de temps t de 200 à 300 nsec. Les organes RL sont, dans l'exemple de réalisation représenté, reliés à une source de tension 6, par l'intermédiaire de laquelle un saut de tension peut simultanément leur être appliqué. Il peut également être prévu de disposer plusieurs sources de tension ayant la même configuration, ou bien qu'également la source de tension 6 soit reliée aux organes RL par des interrupteurs, si bien que ceux-ci puissent être successivement sollicités par des sauts de tension. Si la source de tension 6 est reliée aux inductances L par leur côté opposé aux résistances ohmiques R, alors le côté opposé aux inductances des résistances ohmiques est relié à la terre E, c'est-à- dire mis à la terre. Le dispositif selon l'invention présente en plus un dispositif de mesure de temps 7 qui, de manière préférée, est un convertisseur numérique de temps ou bien un convertisseur temps-valeur numérique TDC. Dans 6 2767918 le dispositif de mesure de temps 7, sont intégrés des détecteurs de valeurs de seuil 8 qui chacun est relié par une ligne 9 à une dérivation intermédiaire 11 prévue entre l'inductance L et la résistance ohmique R, si bien que l'on peut, par l'intermédiaire de ceux-ci, effectuer à chaque fois un prélèvement de la tension qui se trouve aux bornes de la résistance ohmique et on peut déterminer le moment auquel cette tension dépasse une valeur prédéterminée. Pendant le mouvement rotatif de l'élément rotatif 2, on applique aux organes RL 4, depuis la source de tension 6, un saut de tension S par exemple de 3 volts, avec un taux de répétition par exemple et de préférence 256/sec. La tension que l'on recueille aux bornes de la résistance ohmique R augmente de façon exponentielle, comme représenté par la courbe, exemple sur la figure 1. Le dépassement d'une valeur prédéterminée de seuil étant détecté au moyen des détecteurs de valeurs de seuil 8. Simultanément, le temps écoulé jusqu'à atteindre la valeur de seuil, à partir de l'application du saut de tension S, est mesuré par le dispositif de mesure de temps 7. Le temps écoulé jusqu'à atteindre la valeur de seuil dépend du fait que, au moment de la mesure, il y ait ou non le matériau métallique 3 dans la zone de l'organe RL 4 respectif. Dans le premier cas, le temps de montée est inférieur au deuxième cas cité du fait que, dans un matériau conducteur de l'électricité, comme dans des plaquettes métalliques, il peut se produire des courants de Foucault. La différence de durée dans le temps est située à une valeur de 1 à 2 %. La différence de durée dans le temps est identifiée par le dispositif de mesure de temps 7 et évaluée, ceci de préférence étant effectué en procédant à une division les unes par les autres et à chaque fois de deux des durées de temps mesurées sur deux combinaisons RL 7 2767918 différentes, introduites par le saut de tension identique. Grâce à l'agencement d'au moins trois organes RL 4, comme dans l'exemple de réalisation représenté, il est également possible de procéder à la détection du sens de rotation, du fait que le dispositif de mesure de temps 7, ensuite, après que la plaquette métallique 3 soit passée sur un organe RL, peut identifier lequel des autres organes RL elle va croiser ensuite. Dans le cas o l'on a seulement trois organes RL, ceux-ci sont également disposés sur l'élément rotatif 2 de façon également symétrique, c'est-à-dire à chaque fois décalé de 1200. Un tel mode de réalisation avec trois organes RL décalés symétriquement chaque fois de 1200 sur la périphérie de l'élément rotatif 2 est représenté sur la figure 2. Abstraction de ce qui précède, la différence essentielle du mode de réalisation de la figure 2 par rapport à celui de la figure 1 réside dans le fait qu'est prévu non seulement un seul matériau (seulement) conducteur de l'électricité, placé par tronçons sur la périphérie de l'élément rotatif 2, mais au contraire qu'un matériau 3' à magnétisme permanent est prévu sur la totalité de la périphérie de l'élément rotatif 2, matériau dont la magnétisation est orientée radialement, si bien que les pôles nord et sud dessinés vont se trouver diamétralement opposés. Les bobines présentent de préférence un noyau en ferrite. Il peut en outre être prévu que dans la zone des bobines se trouve à chaque fois un aimant permanent faisant que l'agencement est soumis à une pré-tension, si bien que les bobines sont exploitées dans leur zone particulière non linéaire et que, de ce fait, on peut atteindre des variations d'inductance élevées et bien détectables. Le reste de la structure du mode de réalisation de la figure 2 correspond à celui de la figure 1, si bien que l'on a choisi pour désigner des parties identiques également des mêmes numéros de 8 2767918 référence. Le mode de fonctionnement également est essentiellement le même, en particulier celui du dispositif de mesure de temps 7. Si l'élément rotatif 2 avec l'aimant permanent 3' tournent, il y a alors variation du champ magnétique sur une bobine selon la position angulaire de l'aimant 3' par rapport à la bobine et génération d'une fluctuation, dépendant de l'angle, de l'inductance, qui est évaluée de la manière décrite en référence à la figure 1. 9 2767918 REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure d'un mouvement rotatif caractérisé en ce que l'on fournit à un taux de répétition élevé par rapport à la fréquence de rotation, un saut de tension à au moins un circuit électrique, ce circuit comportant une résistance ohmique et une réactance, circuit dont la réactance est disposée à proximité d'un élément rotatif doté de matériau électromagnétique réparti au moins par tronçons sur toute la périphérie de cet élément rotatif et caractérisé en ce que l'on mesure la durée entre le début du saut de tension et l'arrivée à un niveau prédéterminé de tension aux bornes de la résistance ohmique et on détermine le mouvement rotatif à partir de cette durée mesurée. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le saut de tension est obtenu aux bornes d'un circuit RL. 3. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que le saut de tension est obtenu aux bornes d'un circuit RC. 4. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on détecte le passage à ce niveau de tension prédéterminé par un détecteur de valeur de seuil. 5. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce qu'à chaque fois on divise l'une par l'autre deux durées mesurées. 6. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la durée pour atteindre un niveau prédéterminé de tension est mesurée sur plus d'un circuit électrique. 7. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que des durées mesurées sur différents circuits électriques sont divisées simultanément l'une par l'autre. 2767918 8. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que l'on détermine le sens de rotation en plus du nombre de tours de rotation. 9. Procédé selon l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le matériau disposé au moins par tronçons sur toute la périphérie de l'élément rotatif est une matériau conducteur de l'électricité. 10. Procédé selon l'une des revendications de 1 à 8 caractérisé en ce que le matériau prévu pour l'élément rotatif est un matériau à magnétisme permanent. 11. Dispositif pour la mesure d'un mouvement rotatif caractérisé en ce qu'il comporte un matériau (3) à propriétés électromagnétiques disposé au moins par tronçons sur toute la périphérie d'un élément rotatif (2), un circuit électrique (4) se composant d'au moins une résistance ohmique et d'une réactance (R, L, C) disposé à proximité de l'élément rotatif (2), une source de tension (6) pour la génération de sauts de tension appliqués au circuit électrique présentant un taux de répétition élevé par rapport à la fréquence de rotation et comportant un dispositif de mesure de temps (7) pour la mesure de la durée entre le début d'un saut de tension et l'arrivée à un niveau prédéterminé de tension aux bornes de la résistance ohmique (R). 12. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le circuit électrique (4) est un circuit RL. 13. Dispositif selon la revendication 9 caractérisé en ce que le circuit électrique (4) est un circuit RC. 14. Dispositif selon l'une des revendications de 9 à 11 caractérisé par au moins un détecteur de valeur de seuil (8) pour détecter l'arrivée à une valeur prédéterminée de tension aux bornes de la résistance ohmique (R). 15. Dispositif selon l'une des revendications de 9 à 12 caractérisé en ce que le dispositif de mesure de temps (7) est un convertisseur TDC temps-valeur numérique. 16. Dispositif selon l'une des revendications de 9 à 13 caractérisé en ce que le dispositif de mesure de temps (7) comporte un diviseur pour diviser deux durées l'une par l'autre. 17. Dispositif selon l'une des revendications de 10 à 16 caractérisé en ce qu'un matériau électriquement conducteur est disposé par tronçons sur toute la périphérie de l'élément rotatif. 18. Dispositif selon la revendication 17 caractérisé en ce que l'élément rotatif présente un matériau à magnétisme permanent. 19. Dispositif selon la revendication 18 caractérisé en ce que la magnétisation du matériau à magnétisme permanent est orientée perpendiculairement à l'axe de rotation de l'élément rotatif. 20. Dispositif selon la revendication 19 caractérisé en ce que le matériau à magnétisme permanent est prévu sur toute la périphérie de l'élément rotatif.