FR 2930994 A1 20091113 FR 0853051 A 20080507 1 STRUCTURE ET PROCEDE DE FABRICATION D'UN CAPTEUR DE GRADIENT DE CHAMP MAGNETIQUE EN TECHNOLOGIE INTEGREE DESCRIPTION DOMAINE TECHNIQUE ET ART ANTERIEUR L'invention concerne un dispositif pour mesurer le gradient d'une composante du champ magnétique (excitation H ou induction B), un procédé de mesure de ce gradient et un procédé de réalisation de ce dispositif. Un tel dispositif peut être réalisé sous forme intégrée. Cette invention s'applique en particulier à la mesure de courant électrique dans des conducteurs filiformes. On connaît, par le document WO 03044541 un procédé de mesure d'un courant dans un conducteur, qui met en oeuvre la mesure de dérivées d'ordre n du champ magnétique. Ce procédé permet notamment de réduire les perturbations causées par les conducteurs parasites. Soit un repère orthonormé xyz, représenté en figure 1, centré au point M où l'on désire faire la mesure, et où y est parallèle à l'axe d'un conducteur 1 (et situé dans le plan yMz). L'axe z est colinéaire au rayon perpendiculaire au conducteur passant par M et x est tangent au cercle C passant par M dont l'axe est le conducteur. Le champ H créé par le courant i circulant dans le conducteur 1 est alors dirigé suivant l'axe x et le gradient de Hx est dirigé sur l'axe z. La mesure du gradient du champ Hx créé par le courant i (qui décroît en 1/r2 en fonction de la distance r du 2 conducteur 1), ou de dérivées d'ordre supérieur (qui décroissent encore plus rapidement en fonction de r), permet de remonter au courant i. Cette technique permet de s'affranchir mieux, dans un environnement bruité, comme par exemple celui d'une armoire électrique, des perturbations externes, que ce que permet la mesure directe du champ Hx (qui est, lui, décroissant, mais seulement en 1/r). La mesure d'un courant il dans un conducteur Cl, en présence de conducteurs (perturbateurs) C2, C3, Cn, eux aussi parcourus par des courants i2, i3,... in, est ainsi rendue plus aisée, par la mesure du gradient de la composante Hx du champ H (ou d'une dérivée d'ordre supérieur à 1 de cette même composante) créé par ce conducteur, à une courte distance de ce dernier, que par la mesure directe de ce champ Hx. On cherche ainsi à obtenir une configuration dans laquelle les contributions à la grandeur mesurée, induites par les conducteurs perturbateurs sont extrêmement faibles, alors que celle induite par le conducteur principal Cl est la plus forte possible. La mise en oeuvre de cette technique pose plusieurs problèmes. Pour maximiser le signal, il est avantageux de disposer les capteurs (N capteurs pour une mesure de dérivée d'ordre N-1) très proches des conducteurs où l'on veut faire la mesure. Il se pose donc le problème de réduire le plus possible les distances séparant ces capteurs du conducteur 1, ainsi que les distances séparant les capteurs les uns des autres. Ainsi, pour mesurer efficacement et précisément le courant i, il est judicieux de réaliser 3 la mesure aux points situés le plus près possible du conducteur 1, à la distance r du centre de ce dernier. Il serait, par ailleurs, judicieux, pour mesurer précisément les dérivées du champ, que les distances entre capteurs soient plus petites que r et si possible petites devant r. Une solution serait de miniaturiser les capteurs. Mais, si les capteurs sont miniaturisés, leur environnement (et notamment leur � packaging �) pourrait imposer des contraintes dimensionnelles minimales, qui peuvent parfois être gênantes, comme dans la configuration de la figure 5 décrite dans le document US 6154023. On a donc du mal, dans certains cas, à réduire la distance d entre les différents capteurs. Il serait également avantageux de pouvoir utiliser, pour ce type de mesure, des capteurs très directifs, comme des micro-fluxgates, ou des magnéto-impédances, ou des magnétorésistances avec guides de flux. Or les circuits magnétiques de ces capteurs se perturbent les uns les autres quand on rapproche trop les capteurs, d'où une mesure moins précise. Une mesure de précision du gradient demande aussi des capteurs dont les positions relatives les unes par rapport aux autres sont très bien connues. En outre, s'ils sont très directifs (ce qui est avantageux pour réaliser une mesure non bruitée), ils doivent être parallèles entre eux, ce qui est très délicat à réaliser avec des capteurs discrets, notamment quand ils sont miniaturisés. 4 Un autre problème se pose lors de l'utilisation d'un capteur de gradient dans un environnement industriel. Dans ce contexte il peut être parfois nécessaire d'utiliser le capteur à l'intérieur d'un blindage magnétique qui, s'il présente l'avantage de réduire les champs perturbateurs, présente aussi l'inconvénient de créer un gradient de champ relativement important à sa proximité immédiate. Il se pose donc le problème de disposer d'un capteur de gradient, suffisamment petit pour éviter que l'un des capteurs élémentaires qui le composent ne soit trop proche du blindage qui pourrait perturber la mesure. Il se pose en outre le problème de pouvoir disposer d'une structure de capteur réalisable en technologie collective, par exemple avec des machines du type de celles utilisées dans les domaines de la microélectronique ou des micro ou nano-technologies. EXPOSÉ DE L'INVENTION Dans la suite, on désigne par � gradient � le vecteur dérivée spatiale d'ordre n=1 d'une composante (appelée ici x) du champ magnétique (noté couramment H). L'invention concerne d'abord un procédé de mesure d'une dérivé d'ordre n (n>1) , par rapport à z ou 25 x, d'une composante HX de champ magnétique, invariant, au moins localement, selon la direction y (x, y et z étant deux à deux perpendiculaires). L'invention concerne notamment un procédé de mesure du gradient, ou d'une dérivé d'ordre n (n>1), 30 suivant une direction z ou x, d'une composante HX (suivant la direction x), d'un champ magnétique, ladite composante étant invariante, au moins localement, dans une direction y, x, y et z étant deux à deux perpendiculaires. 5 Ce procédé comporte : a) le positionnement de N (N>1) capteurs de champ élémentaires suivant ladite direction y, chaque capteur étant décalé, par rapport au capteur précédent et/ou suivant ou par rapport aux capteurs immédiatement voisins . * selon y, d'une distance ou d'un décalage Ty, * selon l'axe z, d'une distance Az, de préférence petite par rapport à z (lorsque le champ est 15 engendré par un courant circulant dans un conducteur disposé selon y, Az est l'écart des capteurs par rapport à l'axe y) ; b) la mesure du champ par chacun des N capteurs, 20 c) le calcul de la valeur du gradient, ou d'une dérivée d'ordre n inférieur ou égal à N - 1, en fonction des valeurs de mesure du champ obtenues lors de l'étape b). L'invention permet, par la présence ou 25 l'ajustement de la distance ou du décalage Ty d'un capteur élémentaire par rapport aux capteurs élémentaires voisins (précédent et/ou suivant), de réduire les perturbations causées par la proximité des parties magnétiques des capteurs élémentaires voisins. 6 De préférence, la distance Ty est telle que la perturbation mutuelle des capteurs élémentaires voisins soit faible. L'invention permet de réaliser une mesure dans le cas où la composante à mesurer du champ magnétique est invariante (au moins sur une courte distance) dans une direction y ou x perpendiculaire à la direction z suivant laquelle on désire mesurer le gradient. L'invention permet de mesurer le gradient, ou une dérivée d'ordre n inférieur ou égal à N - 1, d'une composante HX du champ à partir de capteurs, notamment lorsque ceux-ci sont très directifs, c'est-à-dire présentent une forte sélectivité de la mesure d'une composante du champ et également lorsque ces capteurs de champ comportent un circuit magnétique ou un guide de flux, comme par exemple les capteurs de type micro-fluxgate, à magnétorésistance ou encore à magnéto-impédance. L'invention s'applique notamment à la mesure de courant dans des fils électriques par le biais de capteurs de champ magnétique situés à proximité de ces fils. En effet, par nature, le champ magnétique créé par un conducteur filiforme rectiligne dirigé suivant une direction y présente justement une invariance suivant y, puisqu'il y a une répartition cylindrique du champ suivant l'axe y. L'invention concerne donc également un procédé de mesure de courant dans une ligne de courant, 30 disposée suivant un axe (y), comportant : 7 - la mise en oeuvre d'un procédé de mesure selon l'invention, tel que décrit ci-dessus, - le calcul du courant. L'invention concerne également un dispositif de mesure du gradient, ou d'une dérivée d'ordre n (n>1), suivant une direction z ou x, d'une composante HX d'un champ magnétique, ladite composante étant invariante, au moins localement, dans une direction y (x, y et z étant deux à deux perpendiculaires), comportant : - N (N>n) capteurs de champ élémentaires à disposer suivant ladite direction y, chaque capteur étant décalé, par rapport aux capteurs immédiatement voisins, précédent et/ou suivant : * selon y, d'une distance Ty, * selon l'axe z, d'une distance Oz, pour une mesure de la composante z du gradient ou de la dérivée d'ordre n, ou selon l'axe x, d'une distance Ax, par rapport aux capteurs voisins, pour une mesure de la composante x du gradient ou de la dérivée d'ordre n, * des moyens pour calculer la valeur du gradient recherché, ou de la dérivée d'ordre n recherché, ou d'une dérivé d'ordre n (n>1) recherchée, en fonction des valeurs de mesures, par exemple différentielles, du champ obtenues à l'aide desdits capteurs. De préférence la distance Ty est telle que la perturbation mutuelle des capteurs voisins soit faible.30 8 L'invention concerne donc également un dispositif comportant N capteurs de champ élémentaires, afin de permettre la mesure d'un champ ou de ses gradients, lorsque les N capteurs se trouvent répartis suivant une direction y, selon laquelle la grandeur à mesurer (et avantageusement ses dérivées) ne varie pas, au moins localement. Dans un procédé ou un dispositif selon l'invention, la mesure de la composante z du gradient de la composante x du champ H au point M(x,y,z), pourra être réalisée, suivant l'invention, en mesurant Hx au point M(x,y,z) puis au point M' (x, y+Ty,z+ Az) puis en calculant la quantité : gradz Hx = (Hx (x, y+Ty, z+ Az) - Hx (x, y, z)) /Oz . D'autres formules donnent les dérivés d'ordre supérieur. Dans un procédé ou un dispositif selon l'invention, les capteurs : - peuvent être des micro-capteurs, - peuvent être intégrés sur un substrat commun, - peuvent être alignés suivant un axe (AA') faisant un angle a avec l'axe y, - peuvent être de type micro-fluxgate ou 25 magnéto-résistif (notamment AMR, GMR ou TMR) ou de type magnéto-impédance. Les capteurs d'un dispositif selon l'invention peuvent être avantageusement disposés sur, ou réalisés dans, un même substrat, par exemple en 30 silicium, éventuellement recouvert d'une couche isolante. 9 Un dispositif selon l'invention peut être réalisé en fabrication collective, par exemple par des procédés de micro-nanotechnologies (ou micro-électronique ou couches minces magnétiques), même dans le cas où les capteurs élémentaires sont tous réalisés sur un même substrat (de préférence en silicium recouvert d'une couche isolante) . - chaque capteur élémentaire d'un même dispositif ayant son (ou ses) noyau(x) magnétique(s) à une cote distincte par rapport au substrat, - ou bien : chaque capteur élémentaire d'un même dispositif ayant son (ou ses) noyau(x) magnétique(s) à une même cote par rapport au substrat, le plan du support du dispositif, avantageusement découpé dans le substrat, étant positionné de manière à présenter un angle a,avec l'axe y lors de l'utilisation pour mesurer un champ ou une dérivée de ce champ à l'ordre n. L'invention concerne également un procédé de réalisation d'un dispositif selon l'invention. Un dispositif selon l'invention peut comporter un blindage (situé à distance de ce capteur). Dans un procédé et un dispositif selon l'invention, la distance Ty peut être déterminée de manière à pouvoir réaliser une mesure avec une précision p prédéfinie. BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS - La figure 1 représente un repère orthonormé Mxyz, ainsi que le vecteur champ magnétique H créé par un conducteur linéaire 1 filiforme parcouru par un courant i. 10 - La figure 2 représente un mode de réalisation d'un capteur selon l'invention. - La figure 3 représente un autre mode de réalisation d'un capteur selon l'invention. - La figure 4 représente encore un autre mode de réalisation d'un capteur selon l'invention. - La figure 5 représente encore un système selon l'invention comportant un capteur selon l'invention et des moyens de traitement de données. - Les figures 6A et 6B représentent des configurations d'un dispositif avec blindage, selon l'invention (figure 6A) et selon l'art antérieur (figure 6B). - Les figures 7A et 7B représentent des 15 vues en coupe, suivant deux axes, de deux capteurs élémentaires selon l'invention, la figure 8 représentant le positionnement de ces deux capteurs dans un repère xyz. - Les figures 9A et 9B représentent deux 20 autres dispositions de 3 capteurs élémentaires selon l'invention. EXPOSÉ DÉTAILLÉ DE MODES DE RÉALISATION PARTICULIERS L'invention peut être utilisée pour des capteurs macroscopiques aussi bien que pour des 25 capteurs miniaturisés/intégrés. Mais elle est particulièrement bien adaptée à une mise en oeuvre de capteurs du type de ceux développés en micro-technologie. Un premier mode de réalisation de 30 l'invention est représenté en figure 2. 10 11 Sur cette figure, un conducteur 1 est aligné suivant une direction Oy dans un repère Oxyz. Le courant i qui y circule génère un champ magnétique H dans l'espace environnant, ce champ ayant des composantes Hx, Hy, Hz dans le repère choisi. Les capteurs élémentaires 2, 4, 6 de cette figure illustrent le cas de N = 3 capteurs, permettant de mesurer les dérivées jusqu'à l'ordre n = N-1 = 2. Chaque capteur élémentaire pourra par exemple avantageusement être choisi comme un magnétomètre à micro-fluxgate, à 1 ou 2 noyaux, dirigés suivant l'axe x et dont l'épaisseur est suivant l'axe z. Cette structure selon l'invention permet de mesurer le gradient d'une composante du champ H, ici Hx, selon la direction z ou x, soit dHX/dz ou dHX/dx, à l'aide de 2 des capteurs élémentaires, par exemple les capteurs 2, 4. Elle permet également de mesurer la dérive seconde de Hx suivant z ou x, soit d2HX/dz2 ou d2HX/dx2, à l'aide des trois capteurs élémentaires représentés 2, 4, 6. A cette fin, on suppose que la composante Hx du champ H, donc ses dérivées jusqu'à l'ordre n, sont invariantes suivant une direction y, perpendiculaire à la direction z suivant laquelle on souhaite mesurer le gradient, au moins sur une courte distance di. Pour tout couple de points (x, yir z) et (x, y2r z) choisis dans un certain volume autour du conducteur dans cette zone de distance di : HX (x, y1, z) = HX (x, y2, z) Et : 12 dHX (x, y1r z) /dx = dHX (x, y2r z) /dx La mesure du gradient dHX/dz, ou dHX/dx, ou la dérivée seconde ou d'ordre n quelconque pourra être réalisée en application de formules données plus loin. Le champ magnétique créé par un conducteur filiforme rectiligne 1 dirigé suivant une direction y présente une invariance suivant y, puisqu'il y a une répartition cylindrique du champ suivant l'axe y. Un conducteur rectiligne, comme celui de la figure 2 ou des figures 3 ou 4, permet donc de satisfaire à la condition d'invariance du champ selon y. La valeur de di sera en fait supérieure à l'extension L du dispositif, suivant la direction y. Par exemple pour un dispositif comportant 3 micro-capteurs élémentaires, comme sur la figure 2, chacun d'une longueur, suivant la direction y, d'environ 1 mm, L sera sensiblement compris entre 2 mm et 5 mm, tandis que di sera alors supérieur à 3 mm ou 10 mm. La même condition sur l'extension longitudinale L (L 3) puces différentes. En variante, ils sont montés sur une même puce, ce qui présente l'avantage supplémentaire de régler le problème du positionnement précis d'un 30 capteur par rapport à l'autre et de leur parallélisme, les capteurs élémentaires étant alors préalablement 25 14 positionnés dans le plan dans lequel ils sont montés. Lorsque les capteurs sont des micro-capteurs et sont réalisés sur une même puce, la précision est au moins celle de la photolithographie. Ils sont donc alors positionnés bien plus précisément qu'avec toute autre technique de positionnement ou de micro-positionnement. Ainsi, la figure 3 donne un exemple d'un capteur de gradient réalisé sur une puce 400 de silicium. Deux capteurs élémentaires 12, 14 sont mis en oeuvre. Chaque capteur est ici de type micro-fluxgate, à double noyau magnétique, notamment tel que décrit dans le document FR 2860594 ou FR 2900735. Mais on peut également utiliser deux capteurs de type micro-fluxgate à noyau magnétique simple, ou encore N (N>2) capteurs de type micro-fluxgates, chacun à noyau magnétique double ou simple. Dans le cas de la figure 3 (capteurs à doubles noyaux magnétiques) les noyaux 23, 25 du premier capteur sont situés à une distance z1 du conducteur 1 et les noyaux 27, 29 du second capteur à une distance z2 du conducteur 1. La longueur des noyaux magnétiques est dirigée suivant l'axe x perpendiculaire aux figures 1 - 3 (axe des lignes de champ H créées par le conducteur parcouru par le courant i). Les bobines conductrices solénoïdales sont représentées par les cadres 22, 24, 26, 28 entourant les noyaux dans la coupe de la figure 3. Ces bobines peuvent être réalisées d'une manière commune sur l'ensemble de la puce pour l'ensemble des capteurs élémentaires (comme indiqué sur la figure 3), le décalage Az = z2-z1 des noyaux magnétiques permettant de 15 capter le champ aux deux distances souhaitées pour le calcul du gradient. Un décalage Az = z2-z1 de quelques }gym peut être réalisé aisément en déposant une couche d'isolant (par exemple SiO2) d'épaisseur Az, après avoir réalisé les noyaux du premier capteur élémentaire et avant de déposer ceux du second. On peut aussi déposer une couche d'isolant épaisse, puis la graver sélectivement à deux profondeurs différentes à l'emplacement du premier capteur élémentaire et à l'emplacement du second. La distance Ty (� pas � des capteurs élémentaires) sépare les deux capteurs élémentaires sur la puce. La répartition des capteurs de la figure 3 permet de satisfaire à cette condition. Le capteur 12 est situé à une distance Ty du capteur 14, de sorte que la condition de non recouvrement selon l'axe y soit satisfaite. Encore un autre mode de réalisation va être expliqué à partir de la figure 4. N capteurs élémentaires (N=3 dans le cas de la figure 4) sont disposés alignés suivant un axe commun AA'. Leurs circuits magnétiques sont dirigés suivant l'axe x. Suivant l'axe AA', il est satisfait à la condition d'écart entre deux capteurs voisins pour qu'ils ne se perturbent pas (le pas p est supposé suffisant pour cela). L'axe AA' est incliné par rapport au conducteur 1 d'un angle a suffisant pour avoir l'écart Az = p.sin(a) (ou Ty = p.cos(a)) souhaité entre deux capteurs élémentaires consécutifs. Cet angle a est de 16 préférence suffisamment petit pour que la mesure de chaque capteur élémentaire ne soit pas perturbée par l'angle a. Typiquement celui-ci pourra être compris entre 1° et 15°. Ce mode de réalisation est tout à fait compatible avec, et adapté à, une réalisation de capteurs élémentaires identiques sur un même substrat ou sur une même puce. Il permet en effet de réaliser le décalage Az=z2-zl aisément, simplement en inclinant l'ensemble des capteurs par rapport à l'axe y du conducteur 1. Dans l'exemple de réalisation donné plus loin, les couches magnétiques sont déposées au même niveau sur la puce, et les capteurs élémentaires sont décalés avec un pas p sur l'axe AA'. Le décalage Oz provient de l'inclinaison de la puce par rapport à l'axe du conducteur. A partir de chacun des dispositifs des figures 2-4, on peut mesurer la composante en z du gradient de la composante x du champ H aux points où sont disposés les capteurs dans le plan y,z. En faisant tourner le dispositif de 90° autour de l'axe y, on peut mesurer la composante en x du gradient de la composante z du champ H aux points où sont disposés les capteurs dans le plan y, x. Il est également possible de mesurer la composante, suivant la direction x du gradient de HX, ou de ses dérivées d'ordre supérieur, en décalant les capteurs élémentaires d'un pas Ax selon l'axe x au lieu de le faire selon l'axe z comme sur les figures 2, 3, 4. On peut alors réaliser des mesures selon l'invention, dans un même plan à coordonnée z 17 constante, par exemple avec des capteurs de type de � micro-fluxgate �, les capteurs élémentaires ayant des noyaux alignés suivants l'axe x, chacun étant décalé de Ax selon l'axe x et de Ty selon l'axe y, par rapport au précédent et/ou au suivant. Ainsi, la figure 9A représente le cas de 3 capteurs situés dans un plan z = Constante situé au dessus du conducteur 1. Les 3 capteurs élémentaires 2, 4, 6 sont disposés dans un plan xOy avec, entre eux, un décalage Ty sur l'axe y et Ax sur l'axe x. La figure 9B représente le cas de trois capteurs, l'ensemble étant centré au dessus du conducteur 1. La figure 5 représente un dispositif selon l'invention et des moyens de traitement de données. Sur cette figure, les 2 capteurs 12, 14 représentés sont associés à des moyens 35 qui regroupent par exemple des moyens de filtrage et de traitement de données, éventuellement des moyens d'amplification. Les 2 capteurs sont ceux de la figure 3, mais les moyens de traitement de donnés décrits ici peuvent s'appliquer à toute configuration décrite dans la présente demande. Sur la figure 4 est représenté un micro-ordinateur 45 configuré de manière adaptée pour le traitement des données de gradient qui résultent des mesures effectuées par les capteurs. Ce micro-ordinateur 45 comporte une section de calcul avec tous les composants électroniques, logiciels ou autres, qui permettront de réaliser le traitement souhaité. 18 Ainsi, par exemple le système 45 comporte un processeur programmable, une mémoire et un périphérique d'entrée, par exemple un disque dur, couplés à un bus système. Le processeur peut être, par exemple un micro-processeur. Des algorithmes de traitement selon l'invention, de calculs à partir de données de mesures magnétiques, comportent des instructions qui peuvent être stockées dans la mémoire, et qui permettent d'effectuer un traitement conformément à l'un quelconque des modes de réalisation de la présente invention. Un ASIC réaliser l'ensemble des fonctions assurées par les moyens 35, 45. Un programme, permettant de mettre en oeuvre le procédé selon l'invention est résidant ou enregistré sur un support (par exemple : disquette ou un CD ROM ou un DVD ROM ou un disque dur amovible ou un support magnétique) susceptible d'être lu par un système informatique ou par le micro-ordinateur 45. Le micro-ordinateur 45 peut être également relié à d'autres dispositifs périphériques. Il est possible d'afficher sur l'écran 47 des données qui résultent des calculs effectués et des graphiques. La mesure de la composante en z (ou en x) du gradient de la composante x du champ H au point M(x,y,z) pourra être obtenue, à partir des mesures de Hx au point M(x,y,z) puis au point M' (x, y+Ty,z+ Az) (ou (x+ Ax, y+Ty,z)), en calculant la quantité : gradz Hx (Hx (x, y+T , z+ Az) - Hx (x, y, z)) /Oz (1). Cette formule est différente de la formule de l'art antérieur : gradz Hx (Hx (x, y, z+ Az) - Hx (x, y, z)) /Oz) 19 Pour le gradient suivant x, on aura : grad Hx (Hx (x+Ax , y+Ty, z) - Hx (x, y, z)) /Ax, La dérivée d'ordre 2 s'obtient par : d(2) (HX) /dz2 [ (HX (x, y+2Ty, z+2Az) - 2H X (x, y+Ty, z+Az) + HX(x, y, z) ]x(1/Az2) . Pour la dérivée d'ordre 2 suivant x, on aura : d2 ) (HX) /dx2 [ (H, (x+20x, y+2Ty, z) - 2H X (x+Ax, y+Ty, z) + H, (x, y, z) ] x (1/0x2) . Plus généralement, on pourra calculer une 15 dérivée d'ordre n à partir d'une dérivée d'ordre n-1 par la formule : 10 20 d (n) Hx (x, y, z) dz(n) [d(n-1)Hx dz (n 1)(x,y+T ,z+Oz) - d (n-1) Hx 1 dz(n-1) (x, y, z) xAz 25 ou n) d Hx(x,y,z) dx(n) d (n-1) H dx(n 1)x (x+Dx,y+T,z) - Dans le cas le plus général, on pourra utiliser toute formule d'approximation permettant de calculer d (°) (HX) /dz°, (ou d (°) (HX) /dx°) du type : d (n 1) Hx 1 dx(n 1) (x, y, z) J x 20 d (�Hx (x, y, z) dz(� z (N) (i-i)ai HX (x+xo, y+yo, z+zo+iAz) ou d (�Hx (x, y, z) dx(n) (N) E (i-1) ai H. (x+x +iAx, y+yo, z+zo) où le vecteur t (xo, yo, zo) permet un recentrage de la mesure et les coefficients ai peuvent 10 dépendre de Oz. Selon l'invention on calcule la dérivée par : d (�Hx (x, y, z) dz(� z (N) (i-i)ai HX (x+xo, y+yo+iTy, z+zo+iAz) ou : d (�Hx (x, y, z) dx(n) z (N) (i-1)ai HX (x+xo+iAx, y+yo+iTy, z+zo) Eventuellement le même dispositif permet de calculer un courant i circulant dans un conducteur 1. A partir des mesures de gradient, le courant est obtenu par : 25 i = - 2 H z2dHX/dz ou i - 2 (H/x) r3 dHX/dx, (r = (x2 + z2) 1/2) Plus généralement, à partir de la dérivée d'ordre n=2, on a : i = H z3d(2) HX/dz (2) 30 ou i = 2H [r3/ (3 (x/r) 2 -1) ] d2HX/dx2 ou, à partir de la dérivée d'ordre n>2 : 15 20 21 i = (-1)n (2U/n!) zn+1d(n)HX/dz(n) On peut également dériver à l'ordre souhaité les formules ci-dessus. En variante, un circuit de traitement du signal (par exemple de type ASIC) peut être réalisé sur la même puce que le dispositif selon l'invention. Dans ce cas, la puce intègre tout ou partie des fonctions de traitement du signal décrites ci-dessus. Un dispositif selon l'invention permet, en outre, de mieux tolérer la présence d'un blindage éventuel. Ainsi, sur la figure 6A, sont représentés deux capteurs 2, 4 selon l'un quelconque des modes de réalisation de l'invention, disposés à proximité d'un conducteur 1. L'ensemble est entouré d'un blindage 50. Le capteur 4, le plus proche du blindage 50, est situé à une distance D de celui-ci. La figure 6B ne diffère de la figure 6A que par les capteurs utilisés. Sur cette figure sont représentés deux capteurs 2', 4' disposés selon l'une des configurations du document US 6 154 023. Le capteur du dessus 4', le plus proche du blindage 50, est situé à une distance D', inférieure à D, de celui-ci. Le capteur 4' est donc plus perturbé par le blindage que le capteur 4 de la figure 6A. En effet, il est tout a fait possible de réaliser un dispositif selon l'invention avec un écart Az allant de 1 }gym à quelques centaines de }gym entre deux capteurs élémentaires successifs 2, 4. Ces dimensions sont suffisamment petites pour pouvoir disposer les capteurs assez loin du blindage 50 (typiquement de 22 quelques mm à quelques cm) afin que ceux-ci ne soient pas perturbés - ou le moins possible - par ce dernier. Dans le cas classique d'une mesure de gradient avec deux capteurs empilés l'un sur l'autre (figure 6B), la distance séparant les capteurs élémentaires est difficilement inférieure au mm (vu l'épaisseur du � packaging � associé à chaque capteur) et dans un espace limité ; le capteur élémentaire 4' le plus externe se trouve donc, de fait, plus proche du blindage 50 que dans le cas de l'invention (figure 6A). L'invention permet de réaliser la mesure du gradient d'une composante (par exemple x) d'un champ H, par la mesure de deux valeurs Hx1 et Hx2 de ce champ en au moins deux positions M1 et M2 très proches. La présence du circuit magnétique du capteur mesurant le champ Hx1 ne perturbe pas la mesure du champ Hx2 de même que la présence du circuit magnétique du capteur mesurant le champ Hx2 ne perturbe pas la mesure du champ Hx1 Elle permet également de réaliser des mesures sur une direction (par exemple z) des dérivées d'ordre n supérieur des composantes du champ magnétique : ordre 2 = d2 ) (Hx) /dz2, ordre 3 = d3 ) (Hx) /dz3, etc.... On rappelle ici que, avec N (N > 1) capteurs disposés selon l'invention, il est possible de réaliser des mesures permettant de calculer les dérivés jusqu'à l'ordre N-1. Les capteurs d'un dispositif suivant l'invention peuvent être réalisés en couches minces. Les figures 7A et 7B représentent deux vues en coupe selon les axes BB' et CC' d'une partie d'un tel 23 dispositif, avec deux capteurs élémentaires 2, 4 (chacun ici de type microfluxgate à deux noyaux). Un repère orthonormé en marge de ces figures indique les directions respectives des axes x, y et z. La figure 8 indique schématiquement la disposition des deux capteurs élémentaires par rapport au repère Oxyz, les plans de coupe BB' et CC' des figures 7A et 7B intersectent les conducteurs au niveau des nias de connexion. La structure de ces figures peut être généralisée à un nombre N (N>2) quelconque de capteurs individuels. Chacun des deux capteurs élémentaires est ici réalisé par un empilement de couches minces. Une couche isolante inférieure 401 par exemple à base d'un matériau isolant tel que du SiO2 ou bien tel qu'un polymère photosensible d'épaisseur par exemple comprise entre 1 et 10 micromètres, par exemple égale à 5 micromètres repose sur un substrat 400 par exemple à base de silicium. Tant la couche isolante que le substrat 400 peuvent être initialement communs aux deux capteurs, pour cette raison certaines références numériques sont les mêmes sur les deux figures 7A, 7B. La couche isolante inférieure 401 comporte des portions inférieures 402, 402' de bobinages d'excitation 121, 121' et de bobinages de détection 111, 111'. Dans chaque capteur, les bobinages de détection et d'excitations peuvent être imbriqués ou dissociés. Les portions inférieures 402, 402' de bobinages se présentent sous forme de lignes conductrices s'étendant dans une direction sensiblement parallèle à l'axe y et 24 parallèle à un plan principal du substrat 400. Les portions inférieures 402, 402' de bobinages ont par ailleurs une forme rectangulaire dans cet exemple. En outre, ces portions inférieures 402, 402' de bobinages peuvent être réalisées à base de matériaux métalliques par exemple tels que du cuivre, de l'aluminium, de l'or... Sur la couche isolante inférieure 401 repose une première couche diélectrique 403, 403' par exemple à base de SiO2. L'épaisseur e3 de la couche 403 est différente de l'épaisseur e'3 de la couche 403', ici e3 L'épaisseur e5 de la couche 405 est différente de l'épaisseur e'S de la couche 405', ici e'S Des étapes de ce procédé de réalisation, pour un seul capteur sont données dans ce document en liaison avec les figures 5a-5g, sans tenir compte de la caractéristique, indiquée dans ce document précédent, selon laquelle on fait dépasser les bobinages d'excitation par rapport aux extrémités des noyaux magnétiques. Comme expliqué ci-dessus, au cours de la réalisation de ce procédé, les épaisseurs des couches 403, 403', 405, 405' pourront être adaptées, par exemple par gravure de couches plus épaisses. 28 L'invention permet de réduire les perturbations causées par les conducteurs parasites. Elle s'applique à la mesure de courant par capteur de champ (sans contact) qui soit peu influencé par des perturbations magnétiques externes. Elle s'applique également à toute autre mesure de gradient d'une composante du champ magnétique dans un environnement où le champ est invariant (au moins localement) dans une direction. Les domaines d'utilisation de la mesure de courant sont nombreux, avec par exemple : - l'évaluation de la consommation électrique dans les bâtiments industriels, les habitations ou les moyens de transport (automobile, aviation, bateau), - les fonctions de protection (déclanchement de disjoncteurs) dans les mêmes environnements, - la protection des moteurs électriques dont les enroulements de cuivre coûteux gagnent à éviter les trop forts courants qui détériorent les isolants et causent des courts-circuits, - la détection et le positionnement de câbles enterrés, - la mesure des courants induits dans le contrôle non destructif ou la recherche de métaux. L'ajustement du décalage Ty peut être calculé, simulé ou réalisé expérimentalement dans la phase de conception, comme expliqué ci-dessous, et permet de déterminer une valeur de Ty optimale pour le capteur désiré. 29 On va maintenant indiquer un procédé pour déterminer Ty afin de minimiser les interactions des circuits magnétiques entre eux, sachant que ces interactions décroissent fortement lorsque la distance s'accroît. En d'autres termes, il s'agit là d'un procédé permettant de dimensionner Ty pour faire une mesure selon l'invention avec une précision déterminée. Supposons que l'on veuille réaliser une mesure de gradient ou d'une dérivée à l'ordre n suivant l'axe z, d'une composante Hx du champ magnétique dont l'ordre de grandeur est � h � avec une précision de � p % �. Supposons donc que l'erreur totale admissible pour la mesure soit : h.p/100 et que 2 mesures de champ soient réalisées (par exemple pour la mesure du gradient). Pour chaque mesure du champ, on tolèrera une erreur au maximum égale à . (1/2).h.p/100 = h.p/200. Afin d'ajuster au mieux le décalage Ty qui convient entre les capteurs élémentaires sur l'axe y, on pourra par exemple disposer un premier capteur élémentaire en situation de mesure du champ h (que l'on créera constant pour le besoin de ce dimensionnement), puis, lorsque la mesure est stabilisée, approcher progressivement le second capteur du premier sur l'axe y tout en continuant de réaliser des mesures du champ h avec ce premier capteur. Pendant l'approche du second capteur, on constatera une variation de la mesure du champ h, puisque le circuit magnétique du second capteur perturbe la mesure du premier. On peut noter l'écart � Ty min � entre les deux capteurs élémentaires lorsque le résultat de la mesure faite par le premier 30 capteur s'écartera de � h.p/200 � de la valeur exacte h. Il suffit ensuite de prévoir la fabrication du capteur global suivant l'invention avec des capteurs élémentaires décalés d'au moins cette valeur Ty min. En variante il est possible de réaliser une simulation numérique au lieu d'une réalisation expérimentale pour calculer cette valeur Ty min (par exemple avec un logiciel de calcul de champ magnétique par éléments finis comme, par exemple, FLUX 3D ou ANSYS), et de prendre un coefficient de sécurité pour la fabrication unitaire ou collective des capteurs avec Ty > Ty min. Pour une mesure impliquant N capteurs (cas d'une mesure d'une dérivée d'ordre n = N-1 du champ Hx), on aura à faire un calcul impliquant une somme pondérée des N mesures. Il sera donc judicieux de borner l'erreur maximale tolérée pour chaque capteur élémentaire à, au plus, h.p/(100.N) et même plus prudemment à h.p/(100.2n) car il y a N capteurs (la formule de calcul fait intervenir une combinaison linéaire de 2n mesures). REVENDICATIONS1. Procédé de mesure du gradient (n=1), ou d'une dérivée d'ordre n supérieur à 1, suivant une direction z ou x, d'une composante Hx d'un champ magnétique, ladite composante étant invariante, au moins localement, dans une direction y (x, y et z étant deux à deux perpendiculaires), comportant : a) le positionnement de N (N>n+l) capteurs de champ élémentaires, chaque capteur étant décalé, par rapport au capteur précédent et/ou suivant : * selon y, d'une distance Ty, * selon l'axe z, ou selon l'axe x, d'une 15 distance Oz ou Ax, b) la mesure du champ par chacun des N capteurs ; c) le calcul de la valeur du gradient recherché, ou la dérivée d'ordre n recherchée, en 20 fonction des valeurs de mesure du champ obtenues lors de l'étape b). 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel les capteurs sont des micro-capteurs. 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, dans lequel les capteurs sont intégrés sur un substrat commun (400). 25 32 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel les capteurs sont alignés suivant un axe (AA') faisant un angle a avec l'axe y. 5. Procédé selon la revendication 4, l'angle a étant compris entre 1° et 15°. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel : n=1 et on calcule la composante, suivant l'axe z ou x, du gradient de la composante Hx selon la formule . gradz Hx (Hx (x, y+Ty, z+ A z) - Hx (x, y, z)) /Oz . Ou grad Hx (Hx(x+Ox, y+Ty,z) - Hx(x,y,z))/Ax, ou n=2 et on calcule la composante, 20 suivant l'axe z ou x, de la dérivée d'ordre 2 de la composante Hx selon la formule : d2 ) (HX) /dz2 [ (HX (x, y+2Ty, z+2Oz) - 2H X (x, y+Ty, z+Az) + H, (x, y, z) ] x (1/Oz2) , ou : d(2) (HX) /dx2 , [ (HX (x+2Ax, y+2Ty, z) - 2HX (x+Ax, y+Ty, z) + H, (x, y, z) ] x (1/0x2) . 15 25 30 5 10 20 25- ou n >2 et on calcule la composante, suivant l'axe z ou x, de la dérivée d'ordre n de la composante Hx selon la formule : d (n) Hx (x, y, z) dz (n) d(ù1) Hx d(n 1)Llx p1~ dz(n_1) (x,y+ly~z+tom,) dz(n 1) (x,Y,z) l x ~ ou : d (n)Hx (x, y, z) dx(n) r d H T1 7 LL dx(n 1)x (x+Dx,y+ly,z) - ou, dans un cas plus général, la formule suivante : d (n) Hx (x, y, z) dz (n) (N) (i=l)ai HX (x+xo, y+yo+iTy, z+zo+iAz) ou : d (n)Hx (x, y, z) dx(n) z (N) (i=I)ai H X (x+xo+iAz, y+yo+iTy, z+zo) où le vecteur t (xo, Yo, permet un recentrage de la mesure et les coefficients ai peuvent dépendre de Az ou de Ax. 7. Procédé de mesure de courant dans une ligne de courant (1), disposée suivant un axe (y), comportant : x,y,z) ]x A,y d( Hx dx (n-1) 34 - la mise en oeuvre d'un procédé de mesure selon l'une des revendications 1 à 6 ; - le calcul du courant, z étant la distance par rapport à la ligne de courant. 8. Procédé selon la revendication 7, le calcul du courant étant réalisé selon la formule : i - 2 Il z2dHx/dz ou i - 2 (H/x) r3 dHx/dz, (r = (x2 + z2) 1/2) ou, à partir de la dérivée d'ordre n=2 : i II z3d(2) Hx/dz (2) ou i 2H [r3/ (3 (x/r) 2 -1) ] d2Hx/dx2 ou, à partir de la dérivée d'ordre n>2 i x (-1)�211/n! ) zn+1d(n>Hx/dz(n) ou selon une formule obtenue, par dérivation à l'ordre souhaité, des formules ci dessus. 9. Procédé selon l'une des revendications 1 à 8, dans lequel chaque capteur est de type 20 micro-fluxgate ou magnéto-résistif (notamment AMR, GMR ou TMR) ou de type magnéto-impédance. 10. Dispositif de mesure du gradient ou d'une dérivée d'ordre n>1, suivant une direction z ou x, 25 d'une composante Hx d'un champ magnétique, ladite composante étant invariante, au moins localement, dans une direction y (x, y et z étant deux à deux perpendiculaires), comportant : - N (N>n+l) capteurs de champ élémentaires, 30 chaque capteur étant décalé, par rapport au capteur précédent et/ou au capteur suivant : 10 1535 * selon y, d'une distance Ty, * selon l'axe z, d'une distance Oz, - des moyens (45) pour calculer la valeur du gradient recherché en fonction des valeurs de 5 mesures du champ obtenues à l'aide desdits capteurs. 11. Dispositif selon la revendication 10, dans lequel les capteurs sont des micro-capteurs. 10 12. Dispositif selon l'une des revendications 10 ou 11, dans lequel les capteurs sont intégrés sur un substrat commun (400). 13. Dispositif selon l'une des 15 revendications 10 à 12, comportant des moyens (50) de blindage qui entourent les capteurs. 14. Dispositif selon l'une des revendications 10 à 13, dans lequel chaque capteur est 20 de type micro-fluxgate ou magnéto-résistif (notamment AMR, GMR ou TMR) ou de type magnéto-impédance. 15. Procédé selon l'une des revendications 1 à 9, ou dispositif selon l'une des revendications 10 25 à 14, la distance Ty étant déterminée de manière à pouvoir réaliser une mesure avec une précision p prédéfinie.