INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Dans l'exemple plus précisément décrit, on a indiqué que les quatre capacités de poids le plus fort nécessitaient une calibration; c'est la raison pour laquelle on a prévu quatre capacités auxiliaires correspondantes.
La capacité C'll doit permettre de corriger une erreur de + 0,2 % (due à la technologie) sur la capacité Cll, soit + 1/29 en fait, par sécurité, on s'arrangera pour pouvoir corriger une erreur de + 0,4 %, soit + 1/2 non on peut le faire avec une capacité C'll = Cll/28 soit une capacité C'11 égale à C4/2.
On comprendra à la lecture de la description du fonctionnement des circuits de calibration que l'erreur sur la capacité Cli est corrigée par l'application d'une tension analogique sur la capacité C'll, cette tension étant fournie par le convertisseur auxiliaire CNAXI I. Pour ramener l'erreur de 0,2 9ó à 0,012 % on comprendra qu'il faut que ce convertisseur ait une résolution de 5 bits. C'est la raison pour laquelle le convertisseur CNAXll est un convertisseur à 5 bits d'entrée.
De même, la capacité C'10 doit permettre de corriger une erreur de + 0,2 % due à la technologie ; par sécurité on prendra + 0,4 %; ; ceci pourrait être corrigé par une capacité C'lO égale à C4/4. Un convertisseur auxiliaire de résolution 4 bits suffirait pour ramener la précision de + 0,2 % à + 0,02 9Ç ce qui est suffisant d'après ce qu'on a indiqué plus haut. En fait, on préfère, dans l'exemple décrit utiliser une capacité C'10 égale à C'll donc a C4/2, avec un convertisseur auxiliaire CNAX10 de 5 bits et non 4 bits.
De même, les autres capacités auxiliaires C'9 et C'8 sont choisies identiques aux deux premieres et sont associées a des convertisseurs à 5 bits, mais il faut souligner que ce n'est pas absolument nécessaire comme on vient de l'expliquer. Cela facilite le séquence ment, notamment celui du registre à approximation successives.
Les éléments du circuit de calibration selon l'invention sont montés comme suit Les capacités auxiliaires lC'll à C'8) ont toutes une première armature reliée à l'entrée E de l'amplificateur AMP et une deuxième armature reliée à Itentrée du commutateur auxiliaire respectif (K'11 à K'8) qui a deux sorties dont l'une est reliée à la masse M et l'autre est reliée à la sortie du convertisseur auxiliaire respectif (CNAxl i à CNAX8). Les commutateurs auxiliaires sont commandés par un circuit de commutation COMX qui lui-même est contrôlé par le séquenceur général SEQ.
Les convertisseurs auxiliaires ont chacun cinq entrées binaires (convertisseur 5 bits) reliées aux cinq sorties du registre de memori- sation respectif (MEM il à MEM 8). Les registres de mémorisation ont chacun cinq entrées reliées à un bus de cinq sorties du registre d'approximation successives RAS qui est commun à tous les registres de mémorisation. Les registres de mémorisation sont commandés par le séquenceur général SEQ pour que l'état du bus de sortie du registre d'approximation successives soit transmis à travers les différents registres de mémorisation à des instants différents correspondant chacun à la calibration d'une capacité respective (C11 à C8) et pour que cet état soit mémorisé dans un registre de mémorisation bien défini à la fin de chaque phase de calibration.
FONCTIONNEMENT DU CIRCUIT Bien entendu, l'ensemble du convertisseur numérique/ analogique de la figure 4 ne fonctionne avec précision qu'après une phase de calibration des quatre capacités de poids fort C8 à Cll.
Cette phase de calibration peut avoir lieu par exemple à la mise sous tension du circuit.
Dans l'exemple décrit ici on préfère effectuer une calibration avant chaque cycle de conversion numérique/analogique, pour rattrapper des dérives éventuelles des valeurs des capacités en cours de fonctionnement.
Cependant, comme la calibration prend un certain temps, on ne calibrera qu'une seule des quatre capacités entre deux cycles de conversion, puis une autre entre les cycles suivant etc..., les quatre capacités étant donc calibrées après quatre cycles successifs de conversion. Le séquenceur général établit les signaux périodiques appropriés pour intercaler une phase de calibration entre deux phases de conversion et pour définir à chaque fois celle des capacités qui doit être calibrée. îl est important de noter que la calibration doit se faire dans le sens des poids binaires croissants des capacités : C8 puis C9 puis C10 puis C11.
La configuration des signaux de séquencement étant liée à la réalisation pratique des différents circuits du schéma, elle est à la portée de l'homme de l'art dès lors qu'on aura donné ci-dessous les configurations du circuit dans les différentes phases du fonctionnement. De même, la réalisation elle-même du séquenceur général SEQ et des circuits de commande de commutation CCOM et COMX est à la portée de l'homme de l'art après qu'on ait exposé les configurations du circuit aux différentes phases. Ces configurations sont représentées aux figures 5A, SB, 5C, 5D.
I. CYCLE DE CALIBRATION DE LA CAPACITE C8 La calibration consiste à comparer C8 à la somme des capacités C3 à C7 (il y a théoriquement une égalité entre ces quantités) et à établir sur la capacité C'8 une tension qui compense l'écart constaté.
Ce cycle comprend une phase initiale et une phase finale.
a) phase initiale de calibration de C8 : Figure 5A Les capacités C8 à Cl sont toutes reliées à la masse par les commutateurs K8 à Kil. Mais les capacités C3 à C7 sont toutes reliées à Vref par les commutateurs K3 à K7. L'interrupteur IO est fermé par le séquenceur général. Les capacités auxiliaires C'8 à C'll sont toutes reliées à la masse par les commutateurs K'8 à K'li.
D'autre part, le vérin solide faisant partie de la vanne objet de L'invention peut être considéré comme un transducteur puisqu'il permet de transformer de l'énergie électrique ou éLectromagnétique en énergie mécanique. C'est pourquoi, dans La suite du présent texte, on emploiera indifféremment Le mot "vérin ou Le mot "transducteur".
Deux types de transducteurs électromécaniques sont usuellement employés : ils sont soit piezo- électriques soit magnétostrictifs. Les transducteurs -piézoélectriques ont été jusqu a ce jour les plus utilisés : la conversion d'énergie électrique en énergie mécanique ou vice versa se fait via le changement de longueur du matériau associé au changement de tension éLectrique qui lui est appliquée. Le changement de longueur est exprimé, de façon relative, par 114 étant la longueur et AR le changement de Longueur absolu du matériau. Sa valeur maximum reste assez faible, de l'ordre de 4.10-4. D'autre part, les transducteurs piézoélectriques restent d'un usage relative ment délicat en raison de Leur fragilité.De plus, l'utilisation des hautes tensions électriques néces- saires n'est pas toujours compatible avec le milieu d'emploi.
L'usage de transducteurs magnétostrictifs est base sur le changement de longueur du matériau magnétique lorsqu'il est soumis à une variation de champ d'induction magnétique. Cette induction magnétique étant créée par un circuit électrique, on retrouve bien encore la possibilité de convertir de l'énergie électromagnétique en énergie mécanique.
Réciproquement une contrainte mécanique changeant la longueur du matériau magnétostrictif modifie l#induc- tion magnétique. Si le mécanisme de la magnétostric- tion est connu depuis longtemps (J.P. Joule dans "Surgeon's Annals of Elect. 8, 219 (1842)), les trans- ducteurs magnétostrictif n'ont plus guère été utilisés après la Seconde Guerre Mondiale faute de matériaux à forts changements de longueurs : Qt n'est que de l'ordre de 4.10 5 pour le nickel.
La découverte récente de fortes magnétostrictions dans les alliages de terres rares à relancé l'intérêt pour de tels transducteurs. A titre d'exem~ ple d'applications, on peut citer l'émission et la réception d'ondes ultrasonores en milieu liquide (Sonar), les tables vibrantes, le positionnement dyna- mique de pièces d'optique, l'accord. de cavités hyper- fréquences, la détection rapide de fissures dans des réacteurs nucléaires, la réalisation de lignes à retard variable, la régulation de microdébit, ... Les études se sont limitées à ce jour aux composés de terres rares de structure cubique de type phases de Laves, RFe2, ou R désigne une terre rare.Ils sont magnétiques à la température ambiante et révèlent des changements de longueur #l pouvant atteindre 2,6.10-3 l pour TbFe2.
La comparaison avec les céramiques montre les avantages de ces transducteurs magnétostrictifs RFe2. Cependant, leur fragilité mécanique en interdit l'utilisation sous cette forme : dans Le cas de TbFe2, il faut accroître Le pourcentage atomique de terbium (39X environ), pour augmenter les propriétés mécaniques, ce qui n'est réalisé qu'au prix d'une réduction de la magnétostriction maxima. D'autre part, un tel transducteur magnétostrictif à t'état polycristaltin présente deux graves désavantages : premièrement, la magnétostriction étant une propriété très anisotrope, le changement de longueur est réduit par un effet de moyenne spatiale sur L'orientation des grains.Deuxié -mement, l'anisotropie magnétocristalline étant très forte dans tout composé de terre rare, la saturation du matériau et donc son changement de longueur maximum nécessitent de très forts champs magnétiques.
La réalisation d'un bon transducteur impose en conséquence à la fois une technique d'orientation privilégiée des grains à La fabrication et une annulation partielle de l'anisotropie par l'alliage de deux terres rares d'anisotropie opposées comme le terbium et le dysprosium : de bons résultats ont été obtenus avec des alliages tels que Tb0,3Dy0,7Fe2 ou Tb0,25Dy0,75Fe2 ; mais la complexité de fabrication fait que les transducteurs magnétostrictifs bases sur le système RFe2 avec des substitutions de terres rares etlou de métal allié n'ont pas entièrement répondu aux espoirs qu'ils avaient fait nature.
Les composés cubiques de terres rares avec le zinc, le cuivre, le cadmium, l'argent, le magnésium cristallisent dans la structure de type CsCl. Le métal allié étant non magnétique, leur température d'ordre magnétique varie de quelques Kelvin à 200 K pour TbZn.
Leur magnétostriction est la plus forte observée à ce jour : par exemple elle atteint 8.10 à la températu- re de l'hélium liquide et 4.10-3 à celle de l'azote liquide pour DyZn qui s'ordonne ferromagnétiquement à Tc = 140 K (-133 C). Mais dans l'état paramagnétique c pour une induction magnétique de 9 Tesla elle n'est plus que de 10 5 à 200 K pour DyZn et de 4O10 6 à 300 K pour TbZn (T c = 200 K). Ceci montre que l'utilisation de tels transducteurs n'est efficace qu à des tempéra- tures cryogéniques, généralement en-dessous de 100 K.
Cependant, le remplacement partiel de la terre rare, telle que le dysprosium, par du gadolinium augmente le point d'ordre ferromagnétique au détriment d'une lOgiç re chute de la magnétostriction, et peut élargir le domaine thermique d'utilisation. D'autres composés sont décrits dans l'article de P. Morin, K. Rouchy et E. du Tremolet de Lacheisserie paru dans Physical Review B, vol.16, n 7, Yer octobre 1977,sous le titre "Magnetoelastic properties of RZn equiatomic compounds".
Au contraire des composés de type RFe2* préa cédemment décrits, ces composés ont une excellente tenue mécanique et peuvent être utilisés tels quels, à la bonne stoechiométrie, sans perte de pouvoir magnétostrictif. D'autre part, les remplacements partiels d'une terre rare par une autre et/ou de l'élément ai Lié par un autre ne compliquent pa-s la métallurgie de ces matériaux.
Une caractéristique importante de ces composés est la possibilité d'obtenir, pour un homme de l'art, des cristaux de taille importante (quelques cm3) comme cela sera expliqué par la suite. Un transducteur magnétostrictif à l'état monocristallin présente des avantages décisifs. En l'absence de champ d'induction magnétique, le matériau est polydomaine ; dans chaque domaine- magnétique, l'aimantation pointe selon une seule des directions cristallographiques favorisées par cristallographiquesl'anisotropie magnétocristalline chaque domaine est déformé de façon maximale par La magnétostriction.Faire varier La longueur du matériau revient à faire varier la population de différents domaines par l'application d'un champ selon une direction de facile aimantation : c'est donc un simpLe problême d'énergie magnétostatique ; il suffit d'appliquer un champ égal ou supérieur au champ démagnétisant pour rendre le matériau monodomaine et obtenir le changement de longueur maximum. Techniquement, ce champ démagnétisant est d'autant plus faible que Le matériau est plus long par rapport à sa section, ce qui par ailleurs correspond à L'obtention de l'allon- gement absolu At maximum pour un -# imposé par le matériau : pour un cyLindre de DyZn de 15 mm de Longueur et 2,5 mm de diamètre, le champ démagnétisant est inférieur à 120 kA/met l'aLlongement absolu selon Le champ appliqué est de l'ordre de 100 m à la température de L'héLium liquide.
Un autre avantage de l'état monocristallin est que Le matériau présente généraLement les caractéristiques d'un ferromagnétique doux, malgré une forte anisotropie magnétocristalline. En effet, Les parois entre domaines magnétiques ne peuvent pas se figer sur des joints de grains comme dans un polycristal : c'est Le cas des composés de type RZn ferromagnétiques où les champs coercitifs sont négligeables.IL en résulte que Le champ nécessaire à L'obtention du changement de Longueur maximum reste proche du champ démagnétisant, à une valeur très inférieure à celle fournie par un circuit électromagnétique réalisé aisément par un homme de l'art. La courbe de réponse #l (H) varie donc l très fortement dans les champs faibles avec une pente de l'ordre de 40 ou 50 nm/A. L'amélioration par rapport aux meilleurs transducteurs (polycristallins) RFe2 est d'environ un facteur 3. Dans le cas d'utiLi- sations tant statiques que dynamiques (soit en émetteur, soit en récepteur d'ondes ultrasonores dans la dernière hypothese), le rapport de conversion entre signaux électrique et mécanique est donc extrêmement élevé.
Les différents composés équiatomiques de terres rares de structure type CsCl peuvent être obtenus sous forme monocristalline selon différentes méthodes, mais en particulier celle dite de Bridgman Cette dernière méthode basée sur un refroidissement lent depuis La phase liquide sous un gradient spatial de température s'impose lorsque le mbtal allié (ou la terre rare) a une forte pression de vapeur saturante, ce qui est Le cas du zinc, du cadmium et du magnésium : il faut en effet utiliser des creusets scellés de métal réfractaire.
Les conditions de croissance de cristaux ayant un réseau cubique centré impliquent généralement une croissance par empilement des plans atomiques perpendiculairement à un axe quaternaire du réseau cri sa tallin : cet axe, orienté selon le gradient de température, se trouve jouer un rôle privilégié du fait des contraintes internes de croissance. En effet, lorsque le monocristal s'ordonne ferromagnétiquement, la ré partition en domaines magnétiques est nettement anisotrope en faveur de cet axe de facile croissance cristalline.A titre d'exemple, dans un cristal de DyZn où les directions de facile aimantation sont les 3 axes quaternaires, la répartition suivante a été observée à l'aide de jauges de contraintes : dans 70% des domaine nes, l'aimantation pointe selon l'axe quaternaire de facile croissance, les 30% restants des domaines se répartissent selon les 2 autres axes quaternaires.
Cette particularité peut conduire à une utilisation meilleure de la magnétostriction. En effet, un cylindre monocristallin de DyZn tailLé selon une de ces 2 directions quaternaires défavorisées par la croissance se raccourcit selon son axe lors de la mise en domaines magnétiques en l'absence de champ appliqué (l'énergie des contraintes internes équilibrant l'énergie magnétostatique rayonnée).Mais il reste facile par l'application d'un champ magnétique de saturer le cylindre selon son axe et donc de l'allonger au maximum : la valeur utilisable #l depuis cet état l désaimanté anisotrope se trouve donc plus grande que dans le cas théorique d'un état désaimanté isotrope (réciproquement tailler le cylindre selon L'axe de facile croissance cristalline serait maladroit, car réduisant le changement de longueur tt disponible pra- z tiquement).Avec la répartition en domaines précédemment évoquée, le changement de longueur parallèle au champ appliqué atteint 7.10 3 au lieu de 5.10 3 dans le cas d'une répartition isotrope et se rapproche donc de la valeur limite de 8,10-3, Le champ nécessaire à la saturation doit compenser l'énergie des contraintes en plus de l'énergie magnétostatique de l'état saturé selon l'axe du cylindre : il peut atteindre 400 ou 500 kA/m ce qui est toujours réalisable à L'aide d'un circuit électromagnétique simple. Notons enfin que, pour une croissance simultanée de quelques grains dans le creuset scellé, ces grains présentent un axe quaternaire faiblement désorienté les uns par rapport aux autres un tel matériau reste utilisable comme transducteur.
Cette disposition offre l'avantage d'entrainer le tapis sans glissement de celui-ci tout en étant d'une mise en oeuvre simple et peu coûteuse.
Le tapis 11 comme on peut le voir en figures 1, 2 et 4 est doté d'une succession de saillies 20 transversales au sens d'avancement et régulièrement espacées.
L'espacement entre deux saillies consécutives correspond sensiblement à l'espacement entre deux blocs de coquillages consécutifs, chaque bloc étant formé par plusieurs coquillages rassemblés autour d'un même plot en béton.
Ainsi la corde d'élevage peut être disposée sur le tapis en sorte que chaque bloc de coquillage soit disposée entre deux saillies consécutives.
Ainsi les coquillages détachés des plots en béton seront retenus par les saillies transversales, ce qui évite les pertes.
Chaque saillie 20 est constituee par une paroi rectangulaire en un matériau sem;-rigide.
Cette paroi rectangulaire présente une longueur égale à la largeur du tapis et se fixe de manière perpendiculaire sur celui-ci Selon une forme d'exécution, cette paroi est constituée par bande en une matière semi-rigide,,, dont les bords longitudinaux sont pliés à angle droit Cette bande est pliée sur elle-même suivant son axe longitudinal et se fixe sur le tapis par les bords coudés à angle droit La fixation de cette bande est effectuée par tous procédés et moyens connus de l'homme de l'art A titre d'exemple non limitatif les saillies 20 telles que décrites sont constituées en caoutchouc semi-rigide Le convoyeur tel que décrit repose sur une structure support 6A qui est fixée de manière amovible au bord supérieur de la coque de 1 'embarca- tion, ce dit hord étant doté d'un épaulement externe et d'un épaulement interne.
Cette structure comme on peut le voir en figure 7 est constituée par un plateau 21 qui vient en appui sur le bord supérieur de la coque de I em'oarcation, par deux cavaliers de serrage 22 solidaires du plateau qui viennent enserrer le bord supérieur de la coque de l'embarcation.
par deux glissières inclinées 23 solidaires du plateau 21 sur lesquelles est posé l'avant du convoyeur et par deux butées d'arrêt 24 qui coopèrent avec la traverse supérieure 15 du convoyeur Le plateau 21 est constitué par exemple par une paroi métallique de forme générale rectangulaire Suivant les deux petits côtés du rectangle sont fixés les deux cavaliers de serrage 22 Chaque cavalier se présente sous la forme générale d'un "u" inversé L'extrémité d'une des ailes du "u" est coudée à angle droit vers I axe médian pour venir en prise avec l'epaule.nent externe.
L'autre aile du cavalier est équipée d'un mors de serrage d'un type connu qui vient en prise avec l'épaulement interne. Latéralement au cavalier et sur le plateau 21 sont fixées les glissières inclinées 23.
Ces glissières sont inclinées de l'embarcation vers la surface de l'eau.
Chaque glissière est constituée par une cornière métallique.
Chaque cornière est orientée de manière à ce que une de ces ailes soit disposée suivant un plan vertical et de manière à ce que l'autre aile soit disposée suivant un plan incline vers la surface de l'eau.
Ainsi l'avant de la cornière, c'est à dire l'extrémité de la cornière qui est la plus proche de la surface de l'eau est fixée au plateau 21 tandis que L'autre extremité, l'extrémité arrière, est portée par une patte23A fixée au plateau 21.
Le convoyeur prend appui sur les glissières telles que décrites par la rive inférieure des flans du chassis.
Le mouvement de glissement vers la surface de l'eau du convoyeur par rapport aux glissières est arrêté les butées 24.
lique provenant de la pompe 41 parvient au clapet 61 et permet au fluide du moteur 37 d'être évacué afin que la
tête de coupe 5 s'abaisse.
Comme l'indique la figure 2, le clapet 61 à commande pilote, qui est relié au moteur 37 par les conduits 63 et 57, est relié à une soupape telle qu'une soupape 69 de réglage de débit afin que le fluide hydraulique soit
extrait du moteur 37 en alternance rapidement et lentement.
Le clapet 61 est relié à la soupape 69 par un conduit
71, une soupape 73 de réduction de pression et un conduit 75.
La soupape 73 de réduction ou de détente est destinée à régler la pression du fluide dans le moteur 37 à une valeur voulue. La soupape 69 de réglage de débit est disposée
de manière qu'elle provoque une augmentation et une réduc-
tion alternées continues du débit de fluide quittant le
moteur 37 sous l'action d'un moteur convenable 77 de com-
mande tel qu'un servomoteur ou un moteur pas à pas. Plus précisément, le moteur 77 de commande est disposé afin qu'il soit commandé de façon continue par un dispositif tel qu'une commande numérique ou un ordinateur afin que la soupape 69 de réglage de débit soit commandée de façon continue et provoque en alternance l'augmentation et la réduction du débit de fluide qui y circule. Ainsi, le débit de fluide sortant du moteur 37 augmente et diminue alternativement sous la commande de la soupape 69 afin
que la tête de coupe 5 fasse avancer la lame 29 en alter-
nance rapidement et lentement dans la pièce W à couper.
Dans l'arrangement décrit précédemment, lors du fonctionnement, l'électroaimant SOL 1 du distributeur 51 est commandé d'abord afin que le fluide hydraulique soit transmis de la pompe 41 au moteur 37 et que la tête de coupe 5 soit soulevée avec la lame 29. Ensuite, lorsque la tête 5 doit être abaissée afin que la lame 29 vienne couper la pièce W, l'électroaimant SOL 1 du distributeur 51 n'est plus alimenté et, simultanément, l'électro-aimant SOL 2 est alimenté et le moteur 77 de commande est mis en fonctionnement. Le distributeur 51 transmet le fluide, par l'intermédiaire du conduit pilote 67, à partir de la pompe 41 afin que le clapet 61 à commande pilote évacue le fluide du moteur 37 vers la soupape 69 de réglage. En outre, cette soupape 69 permet en alternance l'évacuation du fluide hydraulique rapidement et lentement, du moteur 37 au réservoir 45 par l'intermédiaire du clapet
61 à commande pilote lorsque le moteur 77 est en fonction-
nement. Ainsi, lorsque l'électro-aimant SOL 2 du distri-
La régulation de la tension de sortie est assurée par la variation du temps de conduction du transistor de puissance (26).
La commande du transistor de puissance (26) est réalisée par un circuit intégré (28) comportant les fonctions suivantes - comparateur à une tension de référence interne et amplificateur.
Dans la réalisation, seule la fonction amplification est utilisée.
- oscillateur déterminant la fréquence de fonctionnement.
Dans le cas présent : 20 KHz.
- circuit transformant les informations issues de l'amplificateur en variation de largeur des impulsions de commande du transistor de puissance.
- circuit de sécurité de courant du transistor de puissance - circuit de protection contre la saturation du circuit magnétique du transformateur.
- circuit d'interface pour la commande du courant base du transistor de puissance. Le circuit intégré (28) est alimenté par les mêmes tensions que le circuit (14) du convertisseur basses tensions : +10V -5V.