DEVICE FOR MEASURING THE PROXIMITY OF A METALLIC CONDUCTIVE SURFACE

Abstract: 1. Apparatus for measuring the distance from a conductive metal surface comprising at least one eddy cyrrent transducer (C1 ,... Ci , Cn ; C'1 ,... C'i ,... C'n ) positioned facing the surface, each transducer having at least one coil (40; 41', 43'a, 43'b), a source (10) of sinusoidal voltage (U) supplying said transducer and supplying a sinusoidal voltage, whose frequency exceeds 100 kHz, and means (20, 22, 24) for processing the sinusoidal signal (Ui ) supplied by the transducer, said processing means comprising detection means sensitive to a reference signal (Uc ) supplied by an oscillator (18), said reference signal (Uc ) having the same frequency and being phase shifted by a given angle (beta) with respect to said sinusoidal voltage (U), characterized in that the detection means are synchronous detection means (20, 22) for measuring only the inductive component of the impedance of the coil, means (62 to 70) being provided for automatically correcting the amplitude and the continuous component of the sinusoidal signal supplied by the transducer, said correction means comprising memories (66, 70) in which are recorded the corrections to be made, the apparatus also comprising at least one control transducer (Cp ) placed in a fixed position with respect to a reference surface (45), said transducer being connected to the memories (66, 70) in such a way that the evolution of its characteristics makes it possible to correct the contents of the memories, the signal supplied by the synchronous detection means being introduced into an analog - digital converter (60) and the digital signals supplied by converter (60) addressing a digital linearization memory (72) in which is recorded a calibration curve.

Description: DISPOSITIF POUR MESURER LA PROXIMITE D'UNE SURFACE METALLIQUE CONDUCTRICE La présente invention concerne un dispositif destiné à mesurer la proximité d'une surface métallique conductrice au moyen d'au moins un capteur à courants de Foucault disposé en vis-à-vis de la surface. Ce dispositif trouve son application dans les techniques liées à la robotique. A titre d'exemple, un tel dispositif peut être utilisé comme détecteur de profil dans une installation d'assemblage robotisée, et comme détecteur de joints dans une machine de soudage automatique. Dans l'état actuel de la technique, on connaît du brevet français n 2.507.310 déposé par le C.E.A. le 4 juin 1981 un dispositif pour détecter le profil d'une surface. A cet effet, on peut utiliser soit une bobine à courants de Foucault effectuant une mesure de proximité et avec lesquelles on balaye le profil à déterminer, soit des bobines à courants de Foucault disposées en lignes ou matrices et alimentées en meme temps, les signaux délivrés par les bobines étant traités à tour de rôle par un circuit de traitement unique grâce à des moyens de multiplexage. Dans ce dispositif connu, le circuit de traitement engendre un signal continu fonction de la différence de phase entre le signal délivré par chaque bobine et un signal de référence dérivé de l'oscillateur d'alimentation de celle-ci. Cette technique de mesure ne permet pas de s'affranchir de la nature du métal, car la différence de phase mesurée n'est pas indépendante des variations des pertes par courants de Foucault selon les métaux en vis-à-vis. On connaît aussi du brevet 2 425 515 déposé le 25 avril 1979 par NIPPON KIKAN KABUSHIKI KAISHA un dispositif détecteur de profil dans lequel les différentes bobines à courants de Foucault d'une matrice de capteurs sont excitées de façon séquentielle, de telle sorte que les signaux qu'elles délivrent peuvent être traités à tour de rôle par un circuit de traitement. Un tel dispositif permet de s'affranchir de la difficulté d'équilibrage des bobines qui travaillent chacune à leur tour. Toutefois, la mesure est ralentie par rapport au dispositif précédent, en raison du temps nécessaire à l'établissement du courant dans les bobines lors de la commutation d'une bobine à une autre. La présente invention a précisément pour objet un dispositif pour mesurer la proximité d'une surface métallique conductrice ne présentant pas les inconvénients des dispositifs selon la technique antérieure et permettant notamment de réaliser une mesure de réluctance dans l'air, ce qui permet de s'affranchir de la perméabilité du métal et de l'échauffement dans la mesure de proximité. Afin de définir une technique de mesure qui soit autant que possible insensible à la nature du métal en regard des bobines, le dispositif selon L'invention comprend au moins un capteur à courant de Foucault disposé en vis-à-vis de la surface, chaque capteur comprenant au moins une bobine, une source de tension sinusoidale alimentant ledit capteur, des moyens de traitement du signal sinusoidal délivré par le capteur, caractérisé en ce que Lesdits moyens de traitement comprennent des moyens pour mesurer la composante inductive seule de l'impédance de ladite bobine. Afin que la réluctance mesurée ne soit pas la réluctance dans le métal, mais la réluctance dans l'air, on utilise de plus une source délivrant une tension dont la fréquence est supérieure à 100 kHz (et d'au tant plus élevée que la précision voulue est plus grande). Selon un mode de réalisation préférentiel de l'invention, les moyens pour mesurer la composante inductive du signal sont des moyens de détection synchrone, le signal de référence étant un signal de même fréquence que le signal sinusoidal alimentant les capteurs, déphasé par rapport à ce signal d'un angle déterminé (0 ou tut/2 suivant le capteur) . De préférence, pour supprimer toute ondulation, le filtrage de la détection synchrone est fait par des moyens d'intégration, fonctionnant en synchronisme avec ledit signal de référence, pendant un nombre entier déterminé de périodes de ce signal. De préférence, des moyens sont également prévus pour corriger automatiquement le gain et la tension de décalage (ou "offset") du signal proximétrique. Ces moyens de correction automatique de gain et d'offset peuvent comprendre notamment des mémoires dans lesquelles sont enregistrées, pour chaque capteur, les corrections à apporter. De plus, un ou plusieurs capteurs témoins peuvent être placés dans une position fixe par rapport à une surface de référence, ces capteurs étant reliés aux mémoires de telle sorte que l'évolution de leurs caractéristiques permette de corriger les contenus des mémoires. Ce capteur témoin devra en pratique être de même nature que les capteurs servant directement à la mesure. Afin de faciliter leur utilisation ultérieure, les signaux proximétriques, après correction de gain et d'offset, sont introduits de préférence dans un convertisseur analogique-numérique, puis ils adressent une mémoire de linéarisation dans laquelle est enregistrée une courbe d'étalonnage. Selon un autre aspect de l'invention, afin d'éliminer toutes les variations de signal non consécutives à des variations de distance, la source comprend un oscillateur et des moyens pour asservir ledit oscillateur en amplitude et en fréquence. Selon une première variante de réalisation de L'invention, la bobine du capteur est montée sur un circuit magnétique en forme de U ouvert dans la direction de ladite surface, ladite source étant branchée directement aux bornes de la bobine, et le signal sinusoidal délivré par le capteur étant obtenu à partir du courant parcourant la bobine au moyen d'un transformateur courant-tension à faible impédance. Selon une deuxième variante de réalisation de l'invention, le capteur comprend un circuit magnétique en forme de E ouvert dans la direction de ladite surface, une bobine émettrice montée sur L'une des branches d'extrémité et une bobine réceptrice enroulée en partie sur L'autre branche d'extrémité et en partie sur la branche intermédiaire, ladite source étant branchée aux bornes de la bobine émettrice, et le signal sinusoidal délivré par le capteur étant obtenu par mise en opposition des signaux induits dans les deux parties de la bobine réceptrice. Selon une troisième variante de réalisation de L'invention, le capteur comprend un circuit magnétique en forme de H, une bobine d'excitation montée sur la branche intermédiaire du circuit magnétique, une bobine réceptrice montée sur les branches d'extrémité du circuit magnétique et un plan conducteur de référence disposé à une distance donnée en face des parties des branches d'extrémité situées du côté opposé à la surface dont on désire mesurer la proximité, ladite source étant branchée aux bornes de la bobine d'excitation. Lorsque le dispositif selon l'invention est appliqué à la détection du profil d'une surface métallique conductrice, il comprend au moins une série de capteurs à courants de Foucault alignés, ladite source alimentant simultanément les capteurs, des moyens de multiplexage étant prévus pour injecter successivement dans les moyens de traitement chacun des signaux délivrés par les capteurs. Afin de rendre le capteur insensible aux variations de température, l'invention a également pour objet un capteur proximétrique à courants de Foucault, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit magnétique en forme de E ouvert dans la direction d'un objet métallique dont on désire mesurer la proximité, une bobine émettrice montée sur l'une des branches d'extrémité et une bobine réceptrice enroulée en partie sur l'autre branche d'extrémité et en partie sur la branche intermédiaire et connectées en opposition. Afin d'améliorer la résolution axiale d'un capteur multipoints, l'invention a aussi pour objet un capteur proximétrique à courants de Foucault, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs élémentaires juxtaposés, chaque capteur élémentaire comportant au moins une bobine à courants de Foucault montée sur un circuit magnétique ouvert dans la direction d'un objet métallique dont on désire mesurer la proximité, les capteurs élémentaires étant juxtaposés de telle sorte que leurs circuits magnétiques soient disposés dans des plans parallèles. Enfin, afin d'améliorer la directivité et l'insensibilité aux parasites, l'invention a également pour objet un capteur proximétrique multipoints comprenant des plaques métalliques disposées entre capteurs élémentaires, servant de blindage entre ces derniers et de guide pour les lignes de champ de façon à canaliser le flux magnétique dans la direction de l'objet à détecter. On décrira, maintenant, à titre d'exemple non limitatif, différentes variantes de réalisation de l'invention en se référant aux dessins annexés, dans lesquels : - la figure 1 représente sous forme de diagramme un dispositif pour détecter le profil d'une surface métallique conductrice réalisé conformément à l'invention ; - la figure 2 représente sous forme de diagramme le circuit d'alimentation asservi en fréquence, en phase et en amplitude du dispositif de la figure 1 ; - les figures 3a, 3b et 3c représentent en perspective trois variantes de réalisation de chacun des capteurs constituant la série de capteurs utilisée dans le dispositif de la figure 1 ; - les figures 4a et 4b sont des vues en perspective montrant l'arrangement en série alignée des capteurs réalisés respectivement selon les variantes des figures 3a et 3b ; ; - la figure 5 représente l'un des étages tampon qui sont prévus à la sortie de chacun des capteurs du dispositif de la figure 1 lorsque ces capteurs sont réalisés conformément à la variante des figures 3a et 4a ; - la figure 6 représente les étages de détection synchrone et de filtrage du circuit de traitement du dispositif de ta figure 1 ; - la figure 7 est un schéma montrant l'allure des signaux en différents points du dispositif de la figure 1 ; - la figure 8 est un diagramme représentant les circuits de correction de niveau et de gain des signaux sortant du circuit de la figure 6, le convertisseur analogique-numérique et le circuit permettant de linéariser les signaux numériques obtenus, et - la figure 9 représente les courbes d'eta- lonnage mémorisées dans le circuit de linéarisation de la figure 8. Comme l'illustre la figure 1 de façon très schématique, le dispositif détecteur de profil selon l'invention se compose principalement d'une source de tension sinusoidale 10 alimentant en parallèle n capteurs à courants de Foucault C1 à Cn alignés en série et disposés en vis-à-vis du profil à détecter. Comme on le verra ultérieurement, selon la nature des cap teurs, les signaux il à i délivrés par ces derniers n peuvent être transmis à un multiplexeur 14 soit directement, soit au travers de n étages tampons T1 à Tn qui transforment alors les signaux il à in en signaux de tension u1 à un. La sortie du multiplexeur 14 est commutée successivement sur chacune de ses entrées par un séquenceur 16, lui-même activé par un signal crénelé et de fréquence constante Uc émis par un oscillateur 18 servant comme on le verra ultérieurement à asservir en fréquence et en phase le signal sinusoidal U délivré par la source de tension 10. Le signal u. sortant du multiplexeur 14 est injecté dans un détecteur synchrone 20-22 commandé par le signal crénelé U et comportant un multiplicateur c 20 délivrant en sortie un signal ud dont les caractéristiques seront analysées ultérieurement. Ce signal Ud est filtré dans un circuit de filtrage 22 également contrôlé par le séquenceur 16. Le signal analogique uS délivré par le circuit 22 est ensuite converti en un signal numérique, puis linéarisé par des circuits également contrôlés par le séquenceur 16 et représentés schématiquement par le bloc 24 sur la figure 1. Le nombre de sorties des circuits 24 permettant d'afficher le signal numérique S est déterminé selon l'exploitation ultérieure qui doit en être faite pour un calculateur. Par exemple, les circuits 24 comprendront huit sorties si l'exploitation ultérieure doit se faire sur un calculateur travaillant sur huit bits. Les différents éléments constituant le dispositif de détection de profil représenté sur la figu rye 1 vont maintenant être décrits plus en détail en se référant aux figures 2 à 9. On voit tout d'abord en se référant à la figure 2 que la source de tension 10 comprend un oscillateur 26, asservi en fréquence, en phase et en amplitude. Un amplificateur de puissance 28 alimenté par l'oscillateur 26 délivre une tension sinusoidale U de fréquence et d'amplitude constantes, pour ne pas perturber la précision du dispositif. L'asservissement en amplitude de l'oscillateur 26 est réalisé au moyen d'une source de tension de référence 30. L'amplitude du signal U délivré par l'amplificateur 28 est détectée par un détecteur d'amplitude 32 et comparée à la tension de référence délivrée par la source 30 dans un comparateur 34 dont la sortie agit sur l'oscillateur 26, de façon à corriger l'amplitude du signal délivré par celui-ci. La tension sinusoidale U d'alimentation des bobines des capteurs présente ainsi une amplitude constante. En conséquence, le flux est forcé ce qui contribue à assurer L'in- dépendance de chaque capteur vis-à-vis des capteurs voisins. De façon comparable, la phase du signal sinusoidal U délivré par l'amplificateur 28 est comparée à la phase d'un signal servant de référence dans un comparateur de phase 36 dont la sortie agit sur l'oscillateur 26, afin de corriger la fréquence du signal appliqué par ce dernier à l'amplificateur de puissance 28. Conformément à un aspect important de l';n- vention, la référence de fréquence servant à asservir en fréquence et en phase le signal délivré par l'oscillateur 26 est donnée par l'oscillateur 18 délivrant le signal Uc injecté au détecteur synchrone 20 et servant à commander le séquenceur 16 comme on l'a vu précédemment en se référant à la figure 1. Ceci permet d'éliminer les parasites qui seraient produits par une commutation aléatoire. Pour garantir la stabilité en fréquence du signal de référence Uc, l'oscillateur 18 est de préférence un oscillateur piloté par quartz. Conformément à un autre aspect important dé l'invention, le comparateur de phase 36 permet de maintenir en permanence entre le signal sinusoidal U servant à alimenter les capteurs C1 à C n et le signal de référence Uc délivré par l'oscillateur 18 un déphasage g constant. En raison de la bonne stabilité en fréquence du signal Uc délivré par l'oscillateur 18, la stabilité en fréquence du signal sinusoidal U délivré par la source de tension 10 se trouve ainsi assurée. De préférence, le déphasage B établi par le comparateur de phase 36 entre les signaux U et Uc est fixé de manière à ne mesurer que les variations d'inductance de la bobine du capteur. Dans le cas du capteur décrit en référence à la figure 3a, ce déphasage vaut 2 ; dans le cas du capteur décrit en référence à la figure 3b, il vaut 0. On comprendra l'importance d; cette caractéristique en remarquant que l'inductance est la seule grandeur ne dépendant que de la distance séparant le capteur de la surface métallique et quasiindépendante de la température. La fréquence du signal sinusoidal U servant à alimenter les bobines des capteurs est choisie de telle sorte que l'onde électromagnétique émise par les capteurs ne pénètre pas une tôle métallique (alumi nium, fer, alliages divers, cuivre, etc...) de plus de 1/10sème de mm. Le choix d'une épaisseur de pénétration faible permet de s'affranchir de la perméabilité du métal, des défauts à l'intérieur de sa structure, de sa nature et de sa température. Par ailleurs, l'asservissement en tension du signal sinusoidal U d'alimentation des capteurs C1 à C permet d'établir dans ceux-ci un flux forcé ne n dépendant pas de la proximité d'une tôle. Le courant i i in délivré par chacun des capteurs C1 à C peut là n n alors être mesuré en module et en phase. Conformément à une autre caractéristique importante de l'invention, chacun des capteurs d'une série de capteurs C1 à Cn présente une structure originale conférant à son circuit magnétique un caractère directif les rendant pratiquement insensibles à une masse métallique décalée par rapport à la direction ainsi définie. De plus, la série de capteurs peut comporter des éléments complémentaires servant de blindage entre les capteurs et contre les parasites électromagnétiques d'origine extérieure et permettant d'améliorer la portée de chacun des capteurs. Deux variantes de réalisation permettant d'obtenir de tels résultats vont maintenant être décrites en se référant aux figures 3a et 3b ainsi qu'aux figures 4a et 4b. Dans une première variante de réalisation représentée sur la figure 3a, chaque capteur C i comprend un noyau magnétique 38 en forme de U et une bobine 40. Grâce aux caractéristiques du capteur qui vient d'être décrit en se référant à la figure 3a, on voit qu'on réalise un circuit magnétique directif puisque les lignes de champ sont fermées entre les extrémités des branches 42a et 42b du noyau 38 et res tent pratiquement toutes situées à proximité immédiate du plan passant par les axes de ces branches. De plus, ces capteurs présentent une faible épaisseur e autorisant une résolution axiale élevée le long du profil à détecter. En outre, cet encombrement réduit ne diminue aucunement leur portée. A titre d'exemple, pour un capteur présentant une épaisseur e de 7 mm, une hauteur h de 10 mm et une largeur E de 16 mm, on a obtenu une portée de 25 mm. Comme l'illustre la figure 4a, les capteurs C1 à C n selon la variante de réalisation de la figure 3a sont alignés en vis-à-vis du profil à détecter, de telle sorte que les plans passant par les axes de chacune des branches 42a et 42b de chaque capteur soient parallèles entre eux. De plus, l'immunité aux parasites électromagnétiques d'origine extérieure et l'indépendance entre capteurs peuvent être améliorées en disposant de part et d'autre de la série de capteurs alignés des plaques métalliques 44, et en disposant entre les capteurs des plaques métalliques 46. Ces plaques 46 et 44 sont supportées par une plaque 48 disposée derrière la série de capteurs, du côté opposé aux extrémités des branches 42a et 42b en vis-à-vis desquelles se trouve la surface dont on souhaite détecter le profil. De plus, la portée des capteurs pour des dimensions données de ceux-ci peut être accrue en disposant entre chacune des branches 42a et 42b d'un même capteur une plaque métallique 50. En effet, cette plaque permet de supprimer les lignes de champ qui vont directement d'un pôle à l'autre, de telle sorte que les lignes de champ sont rallongées. Comme l'il lustre la figure 4a, ces plaques 50 peuvent notamment être supportées par les plaques 46, dont elles doivent être isolées électriquement. Il est à noter que l'association en ligne des capteurs C1 à Cn modifie notablement les caractéristiques. L'excitation simultanée et en phase de tous les capteurs permet une amélioration notable de la portée. En effet, à une certaine distance de la ligne de capteurs, le champ magnétique est équivalent à celui qui serait créé par un circuit magnétique linéaire et décroît selon une loi en 1/x2 selon l'axe x qui s'étend parallèlement aux branches 42a et 42b des capteurs, alors qu'il décrit selon une loi en 1/x pour un capteur isolé. La conséquence de ce phénomène est une meilleure focalisation des lignes de champ magnétique émises ; donc une meilleure concentration du flux, lorsqu'on s'éloigne des capteurs. La portée des capteurs est donc accrue, de même que leur directivité. Sur la figure 3b, on a représenté une autre variante de réalisation de chacun des capteurs C'i pouvant être utilisés conformément à l'invention. Dans cette variante, chaque capteur C' comprend un noyau magnétique 38' en forme de E, une bobine émettrice 41' enroulée sur la branche d'extrémité 42'a du noyau 38' et une bobine réceptrice en deux parties 43'a et 43'b enroulées respectivement sur l'autre branche d'extrémité 42'b et sur la branche intermédiaire 42'c du noyau 38'. L'enroulement des deux parties 43'a et 43'b du bobinage récepteur sur les branches 42'b et 42'c est réalisé en sens inverse, comme l'illustre la figure 3b. Le capteur C'i représenté sur la figure 3b est tel que le flux parcourant la branche émettrice 42'a se referme en se partageant entre les deux branches 42'b et 42'c. La bobine réceptrice enroulée en partie dans un sens sur la branche 42'b, en partie dans l'autre sens sur la branche 42'c, délivre à ses bornes une tension Ui proportionnelle à la différence des deux flux. Dans le capteur de la figure 3b, la hauteur de chacune des branches 42'a, 42'b et 42'c est choisie de préférence de manière à ce que la tension de sortie soit nulle lorsqu'il n'y a pas de tôle en face du capteur. Cette caractéristique permet d'augmenter la sensibilité du capteur pour les tôles éloignées, et donc sa portée. La variante de la figure 3b présente les mêmes avantages que la variante de la figure 3a. En particulier, elle permet de localiser les lignes de champ approximativement dans un plan passant par les axes des trois branches du noyau 38' et elle présente un encombrement minimum pour une portée donnée et une résolution axiale élevée. De plus, par rapport au capteur de la figure 3a, le capteur de la figure 3b présente l'avantage d'être de type différentiel, ce qui lui confère une bonne stabilité en température et dans le temps. Comme l'illustre la figure 4b, les capteurs C'1 à C'n sont disposés selon une série alignée, de la même façon que les capteurs C1 à Cn dans la variante de réalisation de la figure 4a. De même, des plaques métalliques 44' et 46' jouant le rôle de blindages sont disposées de préférence autour des capteurs et fixées sur une plaque 48'. Enfin, des plaques 50' peuvent être disposées entre les branches 42'a et 42'c de chaque capteur, afin d'en accroître la portée. Dans le cas des capteurs non différentiels représentés sur la figure 3a, le signal de sortie i i de chaque capteur est dirigé sur un étage tampon T. (figure 1) dont les caractéristiques vont maintenant être décrites plus en détail en se référant à la figu re 5. Sur la figure 3c, on a représenté une troisième variante de réalisation de chacun des capteurs C". pouvant être utilisés conformément à l'invention. Dans cette variante, chaque capteur C"i comprend un noyau magnétique 38" en forme de H, une bobine d'excitation 41" enroulée sur la branche intermédiaire 38"a du noyau 38" et une bobine réceptrice 43" enroulée sur chacune des autres branches 38"b et 38"c du noyau 38", de part et d'autre de la branche intermédiaire 38"a. Comme dans le cas de la figure 3b, l'enroulement de la bobine réceptrice 43" sur les branches 38"b et 38"c est réalisé en sens inverse. Si l'on dispose à une distance D donnée en face des parties des branches 38"b et 38"c situées d'un même côté de la branche intermédiaire 38"a, un plan conducteur de référence 45, on réalise avec la partie correspondante de la bobine réceptrice 43" un capteur passif de référence Cp. Au contraire, les parties opposées des branches 38"b et 38"c, ainsi que la partie correspondante de la bobine 43", qui sont placées en face de la surface conductrice S dont on désire mesurer la proximité x, constituent un capteur actif CA. Chacun des capteurs C"i de la ligne de capteurs permet ainsi d'effectuer une mesure différentielle qui favorise la réjection des dérives eventuelles. De plus, la structure décrite permet d'associer cette différence à un quotient, ce qui conduit à réduire la dynamique des variations observées sur la différence. Par rapport à des capteurs en U tels que celui de la figure 3a, on réduit ainsi la non linéarité de la réponse du capteur et on en accroît la sens i- bilié. Bien entendu, la ligne de capteurs C"1 à C"n peut être réalisée de façon comparable à celle qui a été décrite pour les capteurs Ci et C'i en se référant aux figures 4a et 4b. On reconnaît sur la figure 5 la bobine b. du capteur Ci, (bobine 40). Grâce à l'utilisation d'une source de tension 10 asservie en fréquence, en phase et en amplitude, la bobine bi est alimentée sous une tension constante U. Conformément à l'invention, la bobine b. est parcourue par un courant i dont les variations sont représentatives des seules variations de L'impédance de la bobine engendrées par les variations de la distance séparant le capteur de la surface métallique en vis-à-vis. L'étage tampon qui est associé à chacun des capteurs C1 à Cn lorsque ceux-ci sont réalisés conformément à la variante de réalisation de la figure 3a a pour double fonction de transformer le signal de courant i en un signal de tension u. et de régler le niveau de tension de telle sorte que celle-ci soit nulle lorsqu'il n'y a pas de tôle en face du capteur. A cet effet, le courant i traversant la bobine b. est injecté dans un convertisseur couranttension 52 et une capacité ci est montée en parallèle sur chacune des bobines b.. La capacité ci a pour effet de rajouter une constante au signal démodulé, constante qui est réglée de façon à obtenir une tension démodulée nulle lorsqu'il n'y a pas de tôle en face du capteur. Cette caractéristique présente deux avantages. Elle permet tout d'abord de diminuer le courant fourni par l'amplificateur, car la bobine et la capacité forment alors un circuit bouchon accordé. Elle permet aussi d'améliorer la dynamique et la précision du dispositif, car on supprime la composante continue autour de laquelle varie le signal détecté. En outre, il faut remarquer que l'impédance d'entrée du convertisseur 52 est très faible, ce qui permet de maintenir constante la tension d'alimentation U aux bornes de la bobine. Si l'on se réfère à nouveau à la figure 1, on voit que chacun des signaux de tension u. sortant des convertisseurs 52 dans la variante de réalisation de la figure 3a ou sortant directement du capteur C i dans la variante de réalisation de la figure 3b, sont injectés dans le multiplexeur 14 qui les transmet à tour de rôle au détecteur synchrone 20 sous l'action du séquenceur 16. Le multiplexeur 14 est de type analogique à n entrées. Il est commandé par le séquenceur 16, constitué par une logique de commande synchrone du signal crénelé Uc, pour supprimer l'effet d'un déphasage aléatoire sur les régimes transitoires. Comme l'illustre la figure 7, chacun des signaux u. est déphasé de oci et c'est la composante i i inductive en quadrature ui sin oci qui caractérise la i i distance séparant le capteur correspondant de la surface en vis-à-vis, par rapport au signal U alimentant les capteurs. Par ailleurs, le signal crénelé U déli c vré par l'oscillateur 18 a la même fréquence que le signal U et, par conséquent, que chacun des signaux mais il présente un déphasage p, de préférence égal à , par rapport au signal U. Le multiplicateur 20, qui reçoit simultanément les signaux ui et Uc, a pour fonction de multiplier ces signaux l'un par l'autre afin de délivrer un signal ud correspondant au signal ui pendant les demipériodes positives du signal Uc et à l'inverse du signal ui pendant les demi-périodes négatives du signal Uc. Il est clair que la valeur moyenne du signal résultant est proportionnelle à la composante en qua drature ui sin a; du signal délivré par le capteur. i i On voit sur la figure 6 que le signal u d est introduit dans un filtre 22 constitué principalement par un intégrateur 54 associé à un commutateur d'entrée 56 et à un commutateur de remise à zéro 58. De façon plus précise, le signal ud est injecté à l'entrée négative de l'intégrateur 54 au travers du commutateur 56. Le commutateur de remise à zéro 58 est monté en parallèle sur la capacité C de l'intégrateur 54. L'entrée positive de l'intégrateur est reliée à la terre. Les commutateurs 56 et 58 sont commandés par le séquenceur 16, de façon à faire fonctionner l'inté- grateur 54 pendant un nombre entier N de périodes du signal ud et à remettre le système à zéro avant d'in- jecter un signal ud correspondant à un autre capteur. L'allure du signal u5 ainsi obtenue est représentée sur la figure 7. On voit que la valeur du signal Us obtenue après un nombre N de périodes est représenta tive de la composante en quadrature ui sin oci du si i i gnal u. délivré par chacun des capteurs et, par conséquent, de la distance séparant ces capteurs de la surface en vis-à-vis. Le signal analogique de tension continu u s ainsi obtenu à la sortie de l'intégrateur 54 doit ensuite être converti en numérique, afin d'être exploité ultérieurement notamment par un calculateur huit bits. Comme l'illustre la figure 8, cette conversion est réalisée par un convertisseur analogique-numérique 60. De préférence, on adjoint à ce convertisseur un système de correction automatique de gain et d'offset ainsi qu'un système de linéarisation. Le système de correction de gain et d'offset également représenté sur la figure 8, comprend deux mémoires 62 et 64 dans lesquelles sont enregistrées les corrections à effectuer pour chaque capteur afin que les courbes de réponse s'insèrent dans le même gabarit. Cet enregistrement des corrections d'offset et de gain respectivement dans les mémoires 62 et 64 est réalisé lors d'un étalonnage préalable du système effectué une fois pour toutes. Le signal numérique de correction d'offset enregistré dans la mémoire 62 pour un capteur donné est converti en analogique dans un convertisseur numérique-analogique 66, avant d'être ajouté au signal us correspondant à ce capteur dans un sommateur 68. Par ailleurs, le signal numérique de correction de gain enregistré dans la mémoire 64 et correspondant à ce même capteur est transformé en analogique dans un deuxième convertisseur numérique-analogique 70, avant d'être injecté dans le convertisseur analogique-numérique 60 pour corriger le gain. De plus, suivant le type de capteur utilisé, il peut être nécessaire de disposer deux témoins permettant d'analyser en permanence l'évolution de leurs caractéristiques et de corriger les contenus des mémoires d'offset et de gain pour compenser toute dérive éventuelle due, par exemple, à la température. L'un de ces deux témoins peut notamment être calé sur une tôle alors que l'autre peut être placé à une distance finie de cette tôle. Bien entendu, l'adressage des mémoires 62 et 64 est commandé par le séquenceur 16 simultanément avec le multiplexeur 14 et l'intégrateur de filtrage 54. Comme l'illustre également la figure 8, le signal sortant du convertisseur 60 sert à adresser une mémoire de linéarisation 72 dans laquelle a été enregistrée préalablement une courbe d'étalonnage. Cette courbe est obtenue pendant l'étalonnage en mettant en mémoire la relation non linéaire entre la distance D REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer la proximité d'une surface métallique conductrice, comprenant au moins un capteur à courants de Foucault (C1,... C;, n ¯ C'..... C';,... C'n) disposé en vis-à-vis de la surface, chaque capteur comprenant au moins une bobine (40a, 40b ; 41', 43'a, 43'b), une source (10) de tension sinusoidale (U) alimentant ledit capteur, des moyens de traitement (20, 22, 24) du signal sinusoidal (Ui) délivré par le capteur, caractérisé en ce que lesdits moyens de traitement comprennent des moyens (20) pour mesurer la composante inductive seule de l'impédance de ladite bobine, ladite source (10) délivrant une tension sinusoidale dont la fréquence est supérieure à 100 kHz. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les moyens pour mesurer la composante inductive du signal sont des moyens de détection synchrone (20, 22), le signal de référence étant un signal de même fréquence et déphasé d'un angle déterminé par rapport à ladite tension sinusoidale (U). 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que des moyens (62 à 70) sont prévus pour corriger automatiquement le gain et la tension de décalage du signal de proximité. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de correction automatique de gain et de tension de décalage comprennent des mémoires (66, 70) dans lesquelles sont enre gistrées les corrections à apporter. 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend de plus au moins un capteur témoin placé dans une position fixe par rapport à une surface de référence, ce capteur étant re

Claims: et la valeur correspondante du signal us, représentée sur la figure 9a. Lors des mesures, cette mémoire est lue en prenant us comme entrée ; la sortie S correspondante est alors proportionnelle à D comme indiqué sur la figure 9b. Des essais du dispositif selon l'invention effectués sur un prototype ont donné des résultats très satisfaisants. En particulier, la portée des capteurs est pratiquement doublée par rapport aux dispositifs selon la technique antérieure, grâce à la disposition du circuit magnétique et au circuit de traitement électronique. De plus, la réduction des dimensions des capteurs pour une portée satisfaisante permet d'obtenir une résolution axiale importante. lié aux mémoires (66, 70) de telle sorte que l'evolu- tion de ses caractéristiques permette de corriger les contenus des mémoires. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que les signaux proximétriques sont introduits dans un convertisseur analogique-numérique (60) et en ce que les signaux numériques délivrés par le convertisseur (60) adressent une mémoire de linéarisation (72) dans laquelle est enregistrée une courbe d'étalonnage (figure 9). 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite source (10) comprend un oscillateur (26) et des moyens (18, 30 à 36) pour asservir ledit oscillateur en amplitude et en fréquence. 8. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la bobine (40) du capteur (C1,... C;,... Cn) est montée sur un circuit magnétique (38) en forme de U ouvert dans la direction de ladite surface, ladite source (10) étant branchée directement aux bornes de la bobine, et le signal sinusoidal (u;) délivré par le capteur étant obtenu à partir du courant (i.) parcourant la bobine au moyen d'un transformateur courant-tension à faible impédance. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le capteur (C'1,..., C';,... n# comprend un circuit magnétique (38') en forme de E ouvert dans la direction de ladite surface, une bobine émettrice (41') montée sur l'une des branches d'extrémité (42'a) et une bobine réceptrice (43'a, 43'b) enroulée en partie sur l'autre branche d'extrémité (42'b) et en partie sur la branche intermédiaire (42'c), ladite source (10) étant branchée aux bornes de la bobine émettrice (41'), et le signal sinusoidal (u;) délivré par le capteur étant obtenu par mise en opposition des signaux induits dans les deux parties (43'a, 43'b) de la bobine réceptrice. 10. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le capteur (C"1, ... C";, ... C"n) comprend un circuit magnétique (38") en forme de H, une bobine d'excitation (41") montée sur la branche intermédiaire (38"a) du circuit magnétique, une bobine réceptrice (43") montée sur les branches d'extrémité (38"b, 38"c) du circuit magnétique et un plan conducteur de référence (45) disposé à une distance donnée en face des parties des branches d'extrémité (38"b, 38"c) situées du côté opposé à la c surface (S) dont on désire mesurer la proximité, ladite source (10) étant branchée aux bornes de la bobine d'excitation (41"). 11. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, appliqué à la détection du profil d'une surface métallique conductrice, caractérisé en ce qu'il comprend au moins une série de capteurs à courants de Foucault (C1,... Ci# .. C n ¯ C'1,... C' n# alignés, ladite source (10) alimentant simultanément les capteurs, des moyens de multiplexage (14) étant prévus pour injecter successivement dans les moyens de traitement (20, 22, 24) chacun des signaux (u;) délivrés par les capteurs. 12. Capteur proximétrique à courants de Foucault, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit magnétique (38') en forme de E ouvert dans la direction d'un objet métallique dont on désire mesurer la proximité, une bobine émettrice (41') montée sur l'une des branches d'extrémité (42'a) et une bobine réceptrice (43'a, 43'b) enroulée en partie sur l'autre branche d'extrémité (42'b) et en partie sur la branche intermédiaire (42'c), et connectées en opposition. 13. Capteur proximétrique à courants de Foucault, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs élémentaires (C., C' il juxtaposés, chaque capteur élémentaire comportant au moins une bobine à courants de Foucault montée sur un circuit magnétique (38, 38') ouvert dans la direction d'un objet métalli- que dont on désire mesurer la proximité, les capteurs élémentaires étant juxtaposés de telle sorte que leurs circuits magnétiques soient disposés dans des plans parallèles. 14. Capteur selon la revendication 13, caractérisé en ce que les capteurs (cri, C'.) sont séparés et entourés par des plaques métalliques (44, 46. ; 44', 46'). 15. Capteur selon la revendication 14, caractérisé en ce que les branches parallèles polarisées en sens inverse de chacun des capteurs sont séparées par une plaque métallique (50, 50').

Inventors: CLERGEOT, HENRI, DETRICHE, JEAN-MARIE, MONTEIL, FRANCOIS, PLACKO, DOMINIQUE, Monteil, François
Applicants: COMMISSARIAT A L'ENERGIE ATOMIQUE
Application year: 1984
Main classification: G01B7
IPC codes: G01B7, G01N27, B23K9, G01D5, G01V3