Brevet FR2904411A1 — publié le 20080201

L'invention concerne un capteur d'un signal pseudo sinusoïdal, ainsi que des paliers équipés d'un tel capteur. L'invention s'applique en particulier au domaine de la détermination d'une 5 donnée angulaire, telle que la position ou la vitesse, de l'organe tournant du palier par rapport à l'organe fixe dudit palier. Pour ce faire, on connaît du document FR-A1-2 792 403, l'utilisation d'un codeur apte à émettre un signal magnétique pseudo sinusoïdal et un capteur 10 comprenant une pluralité de zones sensibles qui sont linéairement équiréparties, lesdites zones sensibles étant aptes à délivrer chacune un signal Si représentatif du signal émis par le codeur. Ce document prévoit en outre de combiner les signaux Si pour. former deux signaux en quadrature et de même amplitude qui sont représentatifs de la position angulaire de l'organe tournant 15 par rapport à l'organe fixe. L'invention s'applique également à la mesure de déformations comme par exemple décrit dans le document FR-A1-2 869 980 dans lequel des signaux pseudo sinusoïdaux en quadrature et de même amplitude sont formés par 20 combinaison de signaux délivrés par des zones sensibles. Dans ces deux types d'application, l'art antérieur prévoit d'appliquer des gains variables aux signaux issus des zones sensibles de sorte à permettre la délivrance de signaux de même amplitude. En outre, ces réalisations peuvent 25 permettre d'améliorer la qualité des signaux délivrés notamment en réalisant un filtrage spatial ainsi qu'en diminuant la sensibilité relativement aux défauts de positionnement du capteur ou aux défauts de réalisation du codeur. Cette amplification, par exemple réalisée au moyen d'amplificateur 30 électronique, présente notamment les inconvénients suivants : le bruit est également amplifié, de sorte que le rapport signal sur bruit n'est pas amélioré ; le bruit propre à l'amplificateur va être ajouté au signal ; 2904411 2 les plages de gain accessibles sont limitées par la tension d'alimentation des amplificateurs. En outre, lorsque l'amplification est réalisée sur un signal qui doit être combiné 5 à un signal non amplifié, le rapport signal sur bruit ne sera pas le même pour ces deux signaux, ce qui peut limiter les performances des dispositifs associés. L'invention a pour but de pallier ces inconvénients en proposant notamment un capteur dont les zones sensibles sont agencées pour pouvoir s'affranchir de 10 l'amplification électronique des signaux délivrés. A cet effet, et selon un premier aspect, l'invention propose un capteur d'un signal pseudo sinusoïdal, ledit capteur comprenant une pluralité de zones sensibles qui sont aptes à délivrer chacune un signal Si représentatif du signal 15 à détecter, les zones sensibles étant agencées de sorte que, pour un même signal détecté, au moins une zone sensible délivre un signal Si d'amplitude différente de celle du signal délivré par une autre zone sensible. Selon un deuxième aspect, l'invention propose un palier équipé d'un tel 20 capteur, ledit palier comprenant un organe fixe et un organe tournant, dans lequel un codeur délivrant un signal pseudo sinusoïdal de position est solidarisé à l'organe tournant et le capteur est solidarisé à l'organe fixe de sorte que les zones sensibles soient disposées à distance de lecture du signal émis par le codeur. 25 Selon un troisième aspect, l'invention propose un palier à roulement équipé d'un tel capteur, ledit palier comprenant un organe fixe et un organe tournant entre lesquels des corps roulants sont disposés pour permettre leur rotation relative en induisant un signal pseudo sinusoïdal de déformation, dans lequel 30 les zones sensibles sont solidarisées à un organe de sorte à détecter ledit signal pseudo sinusoïdal: 2904411 3 D'autres particularités et avantages de l'invention apparaîtront dans la description qui suit faite en référence aux figures jointes dans lesquelles : les figures 1 représentent trois variantes d'un premier mode de réalisation dans la disposition des éléments sensibles d'un capteur de 5 sorte à former des zones sensibles délivrant respectivement un signal d'amplitude déterminée ; les figures 2 représentent deux variantes d'un deuxième mode de réalisation d'un capteur agencé pour pouvoir délivrer deux signaux en quadrature et de même amplitude. 10 L'invention concerne un capteur d'un signal pseudo sinusoïdal, c'est-à-dire de tout signal qui est sinusoïdal par nature ou dont au moins une portion peut être approximée correctement par une sinusoïde. 15 Pour ce faire, le capteur comprend une pluralité de zones sensibles 1 qui sont aptes à délivrer chacune un signal Si qui est représentatif du signal à détecter. Selon deux applications spécifiques, le signal pseudo sinusoïdal est un signal de position angulaire d'un organe tournant par rapport à un organe fixe, ou un 20 signal de déformation périodique d'un élément structurel. Dans la première application, notamment prévue dans le document FR-A1-2 792 403, le signal peut être émis par un codeur magnétique multipolaire. En effet, en solidarisant ce type de codeur à l'organe tournant, le 25 signal émis est de nature pseudo sinusoïdal et fonction de la position angulaire dudit codeur par rapport au capteur. Pour détecter le signal pseudo sinusoïdal magnétique, les zones sensibles 1 peuvent comprendre notamment des sondes à effet Hall ou des magnétorésistances. 30 Dans la deuxième application, notamment prévue par le document FR-A1-2 869 980, le signal est induit par les déformations périodiques de l'élément structurel et les zones sensibles 1 sont des jauges de contrainte disposées sur ledit élément. En particulier, les jauges de contrainte peuvent 2904411 4 être de nature résistive, à ondes acoustiques de surface ou de nature magnétique. Toutefois, l'invention n'est pas limitée à ces deux applications spécifiques, et peut s'appliquer à d'autre type de signal pseudo sinusoïdal, par exemple qu'il soit de nature mécanique, optique, thermique ou acoustique, la nature des zones sensibles 1 étant alors choisie en conséquence pour pouvoir détecter le signal utilisé. Selon l'invention, les zones sensibles 1 sont agencées de sorte que, pour un même signal détecté, au moins une zone sensible 1 délivre un signal Si d'amplitude différente de celle du signal délivré par une autre zone sensible 1. Ainsi, en ajustant l'amplitude respective des signaux Si par agencement particulier des zones sensibles 1, il est possible de s'affranchir de l'amplification ultérieure desdits signaux en fonction de l'utilisation visée pour ceux-ci. Selon le mode de réalisation représenté sur les figures 1, les zones sensibles 1 sont linéairement équiréparl:ies. Les zones sensibles 1 comprennent une pluralité d'éléments sensibles 2 dont le nombre est ajusté pour délivrer un signal Si d'amplitude déterminée. Pour ce faire, le signal Si de la zone sensible 1 est obtenu par sommation des signaux issus de chaque élément sensible 2 d'une zone, grâce à des moyens de sommation prévu à cet effet dans le capteur. Sur les figures 1, quatre zones sensibles 1 sont représentées, les deux zones sensibles latérales la délivrant chacune un signal SI et S4 d'amplitude 1,25 par rapport à l'amplitude des signaux S2, S3 délivrés par les zone sensibles internes lb. Pour ce faire, les zones latérales la comprennent cinq éléments sensibles 2 et les zones internes lb comprennent quatre éléments sensibles 2, lesdits éléments sensibles étant identiques pour toutes les zones 1. 2904411 5 Par ailleurs, les zones sensibles 1 sont schématisées par un élément 3 de taille plus importante qui est positionné au barycentre de la zone 1, les éléments étant alignés et équirépartis d'une distance d déterminée en fonction du signal pseudo sinusoïdal à détecter. Ainsi, les éléments 3 correspondent aux points de 5 mesure virtuels équivalents avec les gains souhaités. En prévoyant que le capteur comprenne des moyens de combinaison linéaire des signaux Si, il est possible de façon connue de former deux signaux pseudo sinusoïdaux qui sont en quadrature et de même amplitude, et ce sans utilisation 10 d'une amplification. Ainsi, il est possible d'utiliser lesdits signaux notamment pour la détermination de la position angulaire avec un interpolateur, ou de déterminer l'amplitude du signal pseudo sinusoïdal. En variante, il est également possible de combiner les signaux Si de sorte à 15 former un signal pseudo sinusoïdal qui corresponde à un filtrage spatial du signal émis par le codeur. Selon la première variante de la figure la, les éléments sensibles 2 sont disposés perpendiculairement à la direction d'alignement des zones sensibles 20 1, de façon linéairement équirépartie selon cette direction. Naturellement, la longueur de l'empilement d'éléments sensibles 2 sur une zone 1 est agencée pour que chaque élément sensible 2 détecte un signal d'amplitude sensiblement identique. 25 Selon la deuxième variante de la figure lb, les éléments sensibles 2 sont disposés selon la direction d'alignement des zones sensibles 1, de façon linéairement équirépartie selon cette direction. Selon la troisième variante de la figure 1c, la zone sensible 1 présente une 30 géométrie sensiblement carrée, les quatre éléments 2 étant disposés au voisinage des coins et le cinquième élément sensible 2 des zones latérales la étant disposé au centre dudit carré. 2904411 6 D'autre répartition des éléments sensibles 2 sur les zones 1 sont envisageables, notamment en fonction du gain souhaité et des caractéristiques du signal pseudo sinusoïdal. En particulier, si le signal est uniforme en amplitude selon l'axe vertical ou horizontal, on privilégiera respectivement 5 l'arrangement selon la première et la deuxième variante. Si le signal est uniforme en amplitude selon les deux directions, les trois variantes peuvent convenir. L'avantage de l'utilisation d'un nombre plus important d'éléments sensibles 2 10 sur une zone 1 est la réduction du bruit de mesure par un facteur (N)"1/2 où N est le nombre d'éléments sensibles 2. En outre, l'invention permet d'améliorer le rapport signal sur bruit ainsi que la plage de gains utilisables. Selon un autre mode de réalisation non représenté, au moins une zone 15 sensible 1 comprend au moins un élément sensible 2 qui est agencé pour délivrer un signal Si d'amplitude déterminée. En particulier, il est possible d'ajuster l'amplitude du signal Si d'une zone sensible 1 en faisant varier un paramètre de l'élément sensible 2. Dans des exemples particuliers, le paramètre utilisé est choisi dans le groupe comprenant la géométrie de 20 l'élément sensible 2, sa polarisation, le matériau le composant, une combinaison de ces paramètres. Par exemple, pour une sonde à effet Hall, l'amplitude du signal de sortie peut être augmentée par : 25 utilisation d'un autre matériau avec une constante de Hall plus grande ; augmentation du courant de polarisation de la sonde ; diminution de sa largeur. Dans le cas d'une jauge de contrainte de type couche épaisse 30 (piézorésistance), la réponse en tension peut être augmentée par : augmentation du courant de polarisation de la jauge ; modification de ses dimensions géométriques ; utilisation d'un support de jauge de module d'Young différent ; 2904411 7 utilisation d'un matériau ayant une résistivité plus importante. Des paramètres de variations similaires sont envisageables pour d'autres technologies d'éléments sensibles 2, par exemple : 5 la nature des matériaux utilisés ou leurs caractéristiques physiques (dopage, structure atornique, ...) ; le nombre de couche pour une technologie magnétorésistive ; la géométrie ou la forme de l'élément sensible 2 ; le courant ou la tension de polarisation de l'élément sensible 2. 10 Naturellement, le nombre d'éléments sensibles 2 et les caractéristiques de ceux-ci peuvent être combinés de sorte à obtenir le gain souhaité pour les signaux de sortie respectifs. 15 Les figures 2 représentent un mode de réalisation d'un capteur comprenant quatre zones sensibles 1 forrnées de sous-zones 4, lesdites sous-zones étant disposées de sorte que les barycentres des zones 1 soient linéairement équirépartis d'une distance d. L'agencement respectif des zones 1 est prévu pour pouvoir combiner les signaux issus des sous-zones 4 de façon particulière 20 afin de pouvoir former des signaux U et W de même amplitude. En particulier, les arrangements représentés permettent d'obtenir un gain de 2 sur les points de mesure virtuels internes. Selon la première variante de la figure 2a, le capteur comprend quatre sous- 25 zones 4 sensibles identiques qui sont linéairement équiréparties d'une distance d. Les quatre sous-zones 4a délivrent respectivement les signaux SI, S2b, S'lb et S'2 d'amplitude identique. Chaque zone latérale est formée d'une sous-zone 4a. Pour chaque zone 30 interne, deux sous-zones supplémentaires 4b, respectivement supérieure et inférieure, sont prévues avec une distance identique entre les sous-zones supplémentaires 4b et la sous-zone centrale 4a, et les zones internes sont 2904411 8 identiques. Ces sous-zones supplémentaire 4b délivrent respectivement les signaux S2a, S2c, S'1a, S'1c d'amplitude identique. Les sous-zones supplémentaires 4b sont agencées pour délivrer chacune un 5 signal présentant une amplitude deux fois plus petite que celle de la sous-zone centrale 4a. Ainsi, en supposant que l'amplitude du signal pseudo sinusoïdal du codeur varie pas ou peu selon l'axe perpendiculaire à la direction d'alignement, on peut 10 former les signaux : U = (S1 ù S2b) ù (S'lb ù S'2) W = (S2a + S2b + S2c) û (S'1a + S'1b + S'1c) Et, dans le cas ou la distance d entre les points virtuels de mesure est égale au 15 quart de la période spatiale du signal sinusoïdal à mesurer, les signaux U et W ont la même amplitude, et ce uniquement par construction et sans amplification des signaux issus des zones sensibles. Selon la deuxième variante de la figure 2b, le capteur comprend six sous-zones 20 sensibles 4a identiques, les deux zones internes comprenant chacune deux sous-zones réparties de part et d'autre de la direction d'alignement des zones latérales. Ainsi, les deux zones latérales comprennent chacune une sous-zone et les deux zones internes comprennent chacune deux sous-zones. 25 Les signaux suivants peuvent alors être formés : U = (S1 ù S2a) ù (S'1a ù S'2) ; ou U = (Si ù S2a) ù (S'1b ù S'2), OU U = (Si ù S2b) ù (S'1a ù S'2) ; OU U = (S1 ù S2b) ù (S'1b ù S'2) et 30 W = (S2a + S2b) ù (S'la + S'1b)• Et, dans le cas ou la distance d entre les points virtuels de mesure est égale au quart de la période spatiale du signal sinusoïdal à mesurer, les signaux U et W 2904411 9 ont la même amplitude, et ce uniquement par construction et sans amplification des signaux issus des zones sensibles. L'invention concerne également deux intégrations particulières d'un capteur 5 dans un palier comprenant un organe fixe et un organe tournant. Selon une première réalisation, un codeur délivrant un signal pseudo sinusoïdal de position est solidarisé à l'organe tournant et le capteur est solidarisé à l'organe fixe de sorte que les zones sensibles 1 soient disposées à distance de 10 lecture du signal émis par le codeur. Selon une deuxième réalisation, des corps roulants sont disposés entre les organes pour permettre leur rotation relative en induisant un signal pseudo sinusoïdal de déformation. Les zones sensibles 1 sont solidarisées à un organe 15 de sorte à détecter le signal pseudo sinusoïdal. REVENDICATIONS 1. Capteur d'un signal pseudo sinusoïdal, ledit capteur comprenant une pluralité de zones sensibles (1) qui sont aptes à délivrer chacune un signal Si représentatif du signal à détecter, ledit capteur étant caractérisé en ce que les zones sensibles (1) sont agencées de sorte que, pour un même signal détecté, au moins une zone sensible (1) délivre un signal Si d'amplitude différente de celle du signal délivré par une autre zone sensible (1). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les zones sensibles (1) sont linéairement équiréparties. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens de combinaison linéaire des signaux Si, lesdits moyens étant 15 agencés pour former au moins un signal pseudo sinusoïdal. 4. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'au moins une zone sensible (1) comprend une pluralité d'éléments sensibles (2) dont le nombre est ajusté pour délivrer un signal Si d'amplitude déterminée, 20 ledit capteur comprenant en outre des moyens de sommation des signaux issus de chaque élément sensible (2) d'une zone (1) de sorte à former le signal Si de ladite zone. 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce 25 qu'au moins une zone sensible (1) comprend au moins un élément sensible (2) qui est agencé pour délivrer un signal Si d'amplitude déterminée. 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le paramètre de l'élément sensible (2) qui permet d'obtenir l'amplitude déterminée est choisi 30 dans le groupe comprenant: la géométrie de l'élément sensible (2), sa polarisation, le matériau le composant, une combinaison de ces paramètres. 2904411 11 7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les zones sensibles (1) sont formées de sous-zones sensibles (4), ledit capteur comprenant des moyens de combinaison linéaire des signaux issus des sous-zones (4) de sorte à forrner au moins un signal pseudo sinusoïdal. 5 8. Palier équipé d'un capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, !edit palier comprenant un organe fixe et un organe tournant, dans lequel un codeur délivrant un signal pseudo sinusoïdal de position est solidarisé à l'organe tournant et le capteur est solidarisé à l'organe fixe de sorte que les 10 zones sensibles (1) soient disposées à distance de lecture du signal émis par le codeur. 9. Palier à roulement équipé d'un capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, ledit palier comprenant un organe fixe et un organe tournant entre lesquels des corps roulants sont disposés pour permettre leur rotation relative en induisant un signal pseudo sinusoïdal de déformation, dans lequel les zones sensibles (1) sont solidarisées à un organe de sorte à détecter ledit signal pseudo sinusoïdal.