CA2429164C - Methode de mesure sans contact et appareil servant a produire un signa l representatif d'une distance separant des surfaces opposees - Google Patents
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Abstract
Un appareil et une méthode de mesure sans contact servant à produire un sign al représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première e t deuxième parties, qui sont étroitement espacées telles le rotor et le stator d'une machine électrique rotative. La méthode réside dans le positionnement d'un capteur sur la surface de la première partie. Le capteur inclut une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices qui sont électriquement isolées l'une de l'autre. La deuxième plaque est située entre la première plaque et la surface de la première partie. La première plaque est alimentée par un signal de haute fréquence à travers une résistance. Un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée est alimenté avec le signal de haute fréquence à travers la résistance. La deuxième plaque est alimentée avec un signal de sortie de l'amplificateur. Le signal de sortie d e l'amplificateur est directement proportionnel à la distance séparant les deu x surfaces.
Description
MÉTHODE DE MESURE SANS CONTACT ET APPAREIL SERVANT Ä
PRODUIRE UN SIGNAL REPRÉSENTATIF D'UNE DISTANCE SÉPARANT
DES SURFACES OPPOSÉES
CHAMP DE L'INVENTION
La présente invention concerne une méthode de mesure sans contact et un appareil servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées, particulièrement l'entrefer entre un rotor et un stator d'une machine électrique rotative.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Connu de l'art, il existe le brevet américain n° 4,675,670 (LALONDE et al.), qui décrit un appareil et une méthode servant à mesurer l'entrefer d'une machine électrique rotative. Selon LALONDE et al., un capteur est préférablement positionné sur le stator de la machine électrique rotative. Un signal de haute fréquence alimente le capteur, et un détecteur de courant mesure un signal de courant qui est inversement proportionnel à la distance séparant le rotor et le stator. Un inconvénient de cette conception est la nécessité de fournir des moyens de traitement afin de linéariser le signal de courant. Comme les personnes versées dans le domaine le comprendront, un tel procédé de linéarisation est indésirable parce qu'il diminue la précision des mesures. Un autre inconvénient de cette conception est qu'un transformateur doit être utilisé dans le détecteur de courant et celui-ci consomme une quantité considérable d'énergie. Un autre inconvénient de l'appareil est que sa taille est inadéquate pour l'installer de manière permanente sur le rotor. Un autre inconvénient de cet appareil est son incapacité de choisir facilement la fréquence de fonctionnement. En outre, une telle conception ne permet pas de mesurer des décharges dans le stator.
' CA 02429164 2003-05-15
PRODUIRE UN SIGNAL REPRÉSENTATIF D'UNE DISTANCE SÉPARANT
DES SURFACES OPPOSÉES
CHAMP DE L'INVENTION
La présente invention concerne une méthode de mesure sans contact et un appareil servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées, particulièrement l'entrefer entre un rotor et un stator d'une machine électrique rotative.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Connu de l'art, il existe le brevet américain n° 4,675,670 (LALONDE et al.), qui décrit un appareil et une méthode servant à mesurer l'entrefer d'une machine électrique rotative. Selon LALONDE et al., un capteur est préférablement positionné sur le stator de la machine électrique rotative. Un signal de haute fréquence alimente le capteur, et un détecteur de courant mesure un signal de courant qui est inversement proportionnel à la distance séparant le rotor et le stator. Un inconvénient de cette conception est la nécessité de fournir des moyens de traitement afin de linéariser le signal de courant. Comme les personnes versées dans le domaine le comprendront, un tel procédé de linéarisation est indésirable parce qu'il diminue la précision des mesures. Un autre inconvénient de cette conception est qu'un transformateur doit être utilisé dans le détecteur de courant et celui-ci consomme une quantité considérable d'énergie. Un autre inconvénient de l'appareil est que sa taille est inadéquate pour l'installer de manière permanente sur le rotor. Un autre inconvénient de cet appareil est son incapacité de choisir facilement la fréquence de fonctionnement. En outre, une telle conception ne permet pas de mesurer des décharges dans le stator.
' CA 02429164 2003-05-15
2 Aussi connu de l'art, il existe le HydroScanT"" de MCM ENTERPRISE LTD. Le HydroScanT"" utilise une série de capteurs qui sont placés tout autour d'une machine rotative électrique pour mesurer la distance séparant le rotor et le stator et pour détecter des décharges partielles locales. La conception du HydroScanT""
est indésirable, parce qu'elle exige un équipement complexe et coûteux qui fournit des lectures qui doivent être analysées par des spécialistes pour déterminer les endroits où ont lieu les décharges partielles locales.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est de fournir une méthode de mesure sans contact et un appareil servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties, telles que le rotor et le stator d'une machine rotative électrique, avec plus de précision, et avec un circuit meilleur marché et qui consomme moins que ceux de l'art antérieur.
Selon la présente invention, il est fourni une méthode de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise à la terre, la méthode comprenant les étapes de (a) positionner un capteur sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices, qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
(b) alimenter la première plaque du capteur avec un signal de haute fréquence à travers une résistance;
(c) alimenter une entrée d'un amplificateur de voltage à gain unitaire de basse capacité d'entrée et de haute impédance avec le signal de haute fréquence à travers de la résistance; et
est indésirable, parce qu'elle exige un équipement complexe et coûteux qui fournit des lectures qui doivent être analysées par des spécialistes pour déterminer les endroits où ont lieu les décharges partielles locales.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est de fournir une méthode de mesure sans contact et un appareil servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties, telles que le rotor et le stator d'une machine rotative électrique, avec plus de précision, et avec un circuit meilleur marché et qui consomme moins que ceux de l'art antérieur.
Selon la présente invention, il est fourni une méthode de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise à la terre, la méthode comprenant les étapes de (a) positionner un capteur sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices, qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
(b) alimenter la première plaque du capteur avec un signal de haute fréquence à travers une résistance;
(c) alimenter une entrée d'un amplificateur de voltage à gain unitaire de basse capacité d'entrée et de haute impédance avec le signal de haute fréquence à travers de la résistance; et
3 (d) alimenter la deuxième plaque avec un signal de sortie de l'amplificateur, le signal de sortie de l'amplificateur étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, l'étape (b) est caractérisée en ce que la première plaque du capteur est alimentée à travers un conducteur intérieur d'un câble coaxial; et l'étape (d) est caractérisée en ce que la deuxième plaque est alimentée à
travers un conducteur externe du câble coaxial.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre une étape d'alimenter un circuit démodulateur avec le signal de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du circuit démodulateur étant un signal de voltage CC
représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre une étape d'alimenter un détecteur synchrone avec le signal de haute fréquence et le signal de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du détecteur synchrone étant un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que la résistance est une résistance variable commandée électriquement, et la méthode comprend en outre les étapes de alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée haut/bas d'un compteur avec un signal de sortie du comparateur;
alimenter une entrée d'horloge du compteur avec le signal de haute fréquence; et alimenter une entrée de commande numérique de la résistance variable commandée électriquement avec un signal de sortie numérique du compteur, le
Préférablement, l'étape (b) est caractérisée en ce que la première plaque du capteur est alimentée à travers un conducteur intérieur d'un câble coaxial; et l'étape (d) est caractérisée en ce que la deuxième plaque est alimentée à
travers un conducteur externe du câble coaxial.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre une étape d'alimenter un circuit démodulateur avec le signal de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du circuit démodulateur étant un signal de voltage CC
représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre une étape d'alimenter un détecteur synchrone avec le signal de haute fréquence et le signal de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du détecteur synchrone étant un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que la résistance est une résistance variable commandée électriquement, et la méthode comprend en outre les étapes de alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée haut/bas d'un compteur avec un signal de sortie du comparateur;
alimenter une entrée d'horloge du compteur avec le signal de haute fréquence; et alimenter une entrée de commande numérique de la résistance variable commandée électriquement avec un signal de sortie numérique du compteur, le
4 signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que le signal de haute fréquence est généré par un générateur à fréquence contrôlée, et la méthode comprend en outre les étapes de alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée d'un contrôleur de fréquence avec un signal de sortie du comparateur; et alimenter une entrée de commande numérique du générateur de fréquence contrôlée avec un signal de sortie numérique du contrôleur de fréquence, le signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de garde, et la méthode comprend en outre les étapes de alimenter une entrée d'un filtre passe-haut avec le signal de sortie de l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et alimenter une entrée d'un amplificateur et détecteur avec un signal de sortie du Litre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signal de voltage CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre l'étape de mémoriser le signal de voltage CC de l'amplificateur et détecteur lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier des amplitudes et des emplacements des décharges ayant lieu autour du stator.
Préférablement, la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau
Préférablement, les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que le signal de haute fréquence est généré par un générateur à fréquence contrôlée, et la méthode comprend en outre les étapes de alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée d'un contrôleur de fréquence avec un signal de sortie du comparateur; et alimenter une entrée de commande numérique du générateur de fréquence contrôlée avec un signal de sortie numérique du contrôleur de fréquence, le signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de garde, et la méthode comprend en outre les étapes de alimenter une entrée d'un filtre passe-haut avec le signal de sortie de l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et alimenter une entrée d'un amplificateur et détecteur avec un signal de sortie du Litre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signal de voltage CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre l'étape de mémoriser le signal de voltage CC de l'amplificateur et détecteur lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier des amplitudes et des emplacements des décharges ayant lieu autour du stator.
Préférablement, la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau
5 de garde, et la méthode comprend en outre l'étape de mémoriser le signal de sortie de (amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier des amplitudes et des emplacements d'entrefers autour du stator.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact est caractérisée en ce que le signal de haute fréquence utilisé aux étapes (b) et (c) a une fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et la résistance utilisée dans les étapes (b) et (c) est substantiellement de 500 kOhm.
Selon la présente invention, il est aussi fourni un appareil de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise à la terre, comprenant un capteur adapté pour étre monté sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à
la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
un générateur de signal de haute fréquence ayant une sortie pour générer un signal de haute fréquence;
une résistance connectée en série avec la sortie du générateur de signal de haute fréquence; et un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée ayant une entrée connectée à la résistance et à la première plaque du capteur, et une sortie connectée à la deuxième plaque du capteur, la sortie de l'amplificateur fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
' CA 02429164 2003-05-15
Préférablement, la méthode de mesure sans contact est caractérisée en ce que le signal de haute fréquence utilisé aux étapes (b) et (c) a une fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et la résistance utilisée dans les étapes (b) et (c) est substantiellement de 500 kOhm.
Selon la présente invention, il est aussi fourni un appareil de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise à la terre, comprenant un capteur adapté pour étre monté sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à
la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
un générateur de signal de haute fréquence ayant une sortie pour générer un signal de haute fréquence;
une résistance connectée en série avec la sortie du générateur de signal de haute fréquence; et un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée ayant une entrée connectée à la résistance et à la première plaque du capteur, et une sortie connectée à la deuxième plaque du capteur, la sortie de l'amplificateur fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
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6 BR~VE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention ainsi que ses nombreux avantages sera mieux comprise par la suivante description non restrictive de modes de réalisations préférentiels, en référence aux dessins ci joints dans lesquels Fig. 1 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon la présente invention;
Fig. 2 est une vue de dessus d'un capteur de l'appareil sans contact montré à
la Fig. 1;
Fig. 3 est une vue de coupe de côté selon la ligne 4-4 du capteur montré à la Fig. 2;
Fig. 4 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 5 est un diagramme illustrant une sortie de voltage absolu de l'amplificateur montré dans la Fig. 4 par rapport à e pour différentes valeurs de fréquence;
Fig. 6 est un diagramme illustrant le gain du système par rapport à une fréquence de fonctionnement pour diverses valeurs de e;
Fig. 7 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 8 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un autre mode de réalisation de la présente invention; et Fig. 9 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact servant à
mesurer des décharges, selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
DESCRIPTION DES RÉALISATIONS PRÉFÉRENTIELLES
En référence aux Figs 1, 2 et 3, on montre un appareil de mesure sans contact selon la présente invention servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties 3, qui sont étroitement espacées. Comme illustré, la deuxième partie 5 est mise à
la ' CA 02429164 2003-05-15
L'invention ainsi que ses nombreux avantages sera mieux comprise par la suivante description non restrictive de modes de réalisations préférentiels, en référence aux dessins ci joints dans lesquels Fig. 1 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon la présente invention;
Fig. 2 est une vue de dessus d'un capteur de l'appareil sans contact montré à
la Fig. 1;
Fig. 3 est une vue de coupe de côté selon la ligne 4-4 du capteur montré à la Fig. 2;
Fig. 4 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un deuxième mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 5 est un diagramme illustrant une sortie de voltage absolu de l'amplificateur montré dans la Fig. 4 par rapport à e pour différentes valeurs de fréquence;
Fig. 6 est un diagramme illustrant le gain du système par rapport à une fréquence de fonctionnement pour diverses valeurs de e;
Fig. 7 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un autre mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 8 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un autre mode de réalisation de la présente invention; et Fig. 9 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact servant à
mesurer des décharges, selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
DESCRIPTION DES RÉALISATIONS PRÉFÉRENTIELLES
En référence aux Figs 1, 2 et 3, on montre un appareil de mesure sans contact selon la présente invention servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties 3, qui sont étroitement espacées. Comme illustré, la deuxième partie 5 est mise à
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7 terre. La surface de la première partie 3 peut être, par exemple, un pôle d'un rotor d'une machine électrique rotative, alors que la surface de la deuxième partie peut être celle d'un alésage d'un stator. Cependant, il devrait être compris que l'invention n'est pas nécessairement limitée à mesurer une distance séparant le rotor et le stator d'une machine rotative. L'appareil peut aussi être utilisé, par exemple, dans des générateurs linéaires. II peut aussi avantageusement remplacer des capteurs de courant de Foucault actuellement utilisés dans des applications mécaniques, et dans des domaines tels que l'avionique ou l'industrie de papier où les mesures de distance sans contact sont requises.
L'appareil comprend un capteur 7 adapté pour être monté sur la surface de la première partie 3. Le capteur 7 inclut une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices 9, 11 qui sont électriquement isolées l'une de l'autre. Les plaques 9, 11 sont parallèles à la surface de la première partie 3 et électriquement isolées de celle-ci. La deuxième plaque 11 est située entre la première plaque 9 et la surface de la première partie 3. L'appareil comprend aussi un générateur de signal de haute fréquence 17 ayant une sortie pour générer un signal de haute fréquence, une résistance 19 qui est connectée en série avec la sortie du générateur de signal de haute fréquence 17, et un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée 27.
Cet amplificateur 27 a une entrée connectée à la résistance 19 et à la première plaque 9 du capteur 7, et une sortie 31 connectée à la deuxième plaque 11 du capteur 7.
La sortie 31 de l'amplificateur 27 fournit un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
Au moyen de l'appareil décrit ci-dessus, on produit un signal représentatif d'une distance séparant les deux surfaces, de manière plus précise, et avec un circuit moins coûteux et ayant une consommation inférieure comparativement à ceux de l'art antérieur.
Les première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices 9, 11, sont électriquement isolées l'une de l'autre au moyen d'un matériau d'isolation approprié 13. Le capteur 7 est conçu pour être positionné à même la surface de la ' CA 02429164 2003-05-15 première partie 3 de façon à ce que les deux plaques 9, 11 soient parallèles à
cette surface et électriquement isolées de celle-ci. Cette isolation peut être effectuée grâce au matériau d'isolation 13 qui est déjà utilisé pour isoler électriquement les plaques 9, 11.
II est à noter que le capteur 7 peut être indifféremment positionné sur le rotor ou le stator seulement lorsque la distance séparant l'un de l'autre est à
déterminer.
Cependant, comme cela sera expliqué plus bas, lorsque la distance et les décharges électriques dans le stator doivent être mesurées, alors le capteur 7 est positionné sur le rotor.
Le positionnement du capteur à même la surface de la première partie 3 peut être effectuée simplement en le collant ou par d'autres moyens appropriés.
t_orsqu'on a l'intention de monter le capteur 7 sur un générateur électrique afin de mesurer l'entrefer de celui-ci, il est avantageux de former des rainures sur la surface des plaques conductrices 9, 11 afin de réduire les courants de Foucault le plus possible.
Afin de réduire autant que possible les voltages parasites, on peut varier la dimension de la surface des plaques 9, 11 en agrandissant une par rapport à
l'autre, ou en variant la distance qui les sépare, étant entendu que plus la distance est petite, plus les voltages parasitiques seront moindres.
En référence à nouveau à la Fig. 1, le circuit démodulateur 33 peut en outre être fourni pour traiter le signal de sortie de l'amplificateur 27. Le circuit démodulateur 33 a une entrée connectée à la sortie 31 de l'amplificateur 27, alors qu'une sortie 34 du circuit démodulateur 33 fournit un signal de voltage CC qui est représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
Préférablement, des moyens, tels qu'un ordinateur, peuvent être fournis pour mémoriser le signal de sortie de l'amplificateur 27 lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier les amplitudes et les emplacements des entrefers autour du stator.
Préférablement, pour réduire encore plus les voltages parasitiques, un anneau de garde 29 est inclut dans le capteur 7. L'anneau de garde 29 est connecté à la deuxième plaque 11 et s'étend tout autour et partiellement au-dessus de la première plaque 9, tel qu'il est mieux montré aux Figs. 2 et 3.
Le générateur de signal de haute fréquence 17 a une sortie pour générer un signal de haute fréquence. Par exemple, le signal de fréquence peut être une courbe sinusoïdale ou même une courbe carrée. Par exemple, le signal de voltage du générateur de signal 17 est donné par l'équation suivante E = Vo cos (2nFt) (1) où Vo est l'amplitude du signal de voltage, F est la fréquence de fonctionnement et t est le temps.
En théorie, le capteur 7 agit comme une capacitance dans une configuration de circuit filtre passe RC ou R est la résistance 19. La valeur de la capacitance du capteur est donnée par l'équation suivante C = eoS/e (2) où ea est la constante diélectrique de l'air, S est la surface de la première plaque 9 du capteur 7, et e est la distance séparant la première plaque 9 de la deuxième partie 5, qui est inversement proportionnelle à la capacitance du capteur.
Par ailleurs, le signal de sortie de l'amplificateur 27 correspond théoriquement au voltage de la capacitance du capteur, qui est donné par l'équation suivante VS = Vol (1+ jRC2nF) (3) Ainsi, si RC2nF est beaucoup plus grand que 1, alors le voltage de capacitance du capteur est donné par l'équation suivante Vs ~ Vo/ jRC2nF (4) Et en remplaçant C dans l'équation (1 ), celle-ci devient VS ~ Vo e/ jREoS2nF (5) 5 En conséquence, le signal de sortie de l'amplificateur 27 est théoriquement directement proportionnel à la distance linéaire séparant la surface de la première plaque 9 du capteur 7 de la surface de la deuxième partie 5 si RC2IIF est choisi suffisamment grand.
En pratique, le signal de haute fréquence du générateur de signal 17 peut avoir 10 une bande de fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz, tandis que la résistance 19 peut avoir une valeur d'environ 500 kOhm. Si le signal de fréquence est au-dessous de cette bande, la dynamique du signal de voltage de sortie peut devehir trop petite pour être facilement mesurable et il devient alors impossible, à
cause de la largeur de bande de fréquence réduite, de déterminer la distance e.
Par ailleurs, dans le cas particulier de générateurs, une fréquence trop basse peut causer du bruit. Si d'un autre côté, la fréquence est trop haute et se situe au-dessus de la bande ci-dessus mentionnée, alors il peut survenir un problème de mesure puisque les amplificateurs qui permettent de traiter les signaux à
haute fréquence deviennent de plus en plus compliqués. Par ailleurs, une trop haute fréquence peut créer des problèmes de mise à la terre de l'impédance.
Cependant, selon la présente invention, il est possible pour un opérateur de sélectionner la fréquence de fonctionnement à l'intérieur de la bande donnée de 100 kHz à 500 kHz.
Selon la présente invention, il est aussi fourni une méthode de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées. La méthode comprend les étapes de (a) positionner le capteur 7 sur la surface de la première partie 3, (b) alimenter la première plaque 9 du capteur 7 avec un signal de haute fréquence à travers la résistance 19, (c) alimenter une entrée de l'amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée 27 avec un signal de haute fréquence à
travers la résistance, et (d) alimenter la deuxième plaque 11 avec un signal de sortie de l'amplificateur 27. Le signal de sortie de l'amplificateur 27 est représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
~ CA 02429164 2003-05-15 En référence à la Fig. 4, préférablement, pour réduire encore plus les voltages parasitiques, un câble coaxial 21 est utilisé dans l'appareil. Dans un tel cas, l'entrée de l'amplificateur 27 est connectée à la première plaque 9 du capteur à
travers un conducteur intérieur 23 du câble coaxial 21, alors que la sortie 31 de l'amplificateur 27 est connectée à la deuxième plaque 11 à travers un conducteur externe 25 du câble coaxial 21. Préférablement, un détecteur synchrone 35 est utilisé comme un circuit démodulateur. Le détecteur synchrone 35 a une paire d'entrées connectées respectivement à ia sortie du générateur de signai de haute fréquence 17 et à la sortie de l'amplificateur 27. En fonction, une sortie 36 du détecteur synchrone 35 fournit un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
II est important de noter que le circuit démodulateur n'a pas besoin d'être un dëtecteur synchrone 35. En effet, un circuit à diode et filtre ou un convertisseur analogue à numérique rapide contrôlé par un microprocesseur peut fonctionner aussi bien.
En référence à la Fig. 5, les courbes de voltage de sortie sont montrées par rapport à la distance e séparant le rotor et le stator pour différentes valeurs de fréquence. En référence à la Fig. 6, des courbes de gain de système sont montrées par rapport à la fréquence de fonctionnement pour diverses valeurs de e. Ainsi, pour une conception particulière, il est alors possible de déterminer la courbe de linéarisation du capteur pour déterminer avec précision la valeur de la distance à mesurer en fonction de la valeur du signal de voltage de sortie.
En référence à la Fig. 7, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, une résistance variable commandée électriquement 37 est utilisée au lieu de la résistance 19 montrée à la Fig. 1. L'appareil comprend en outre un comparateur 39 qui a une première entrée connectée à la sortie 34 du circuit démodulateur 33. Le comparateur 39 a aussi une deuxième entrée 41 recevant un niveau de signal de référence. L'appareil inclut aussi un compteur 43 ayant une entrée haut/bas 44 connectée à une sortie 45 du comparateur 39. Le compteur 43 a aussi une entrée d'horloge 47 connectée à la sortie du générateur de signal de haute fréquence 17.
La résistance variable commandée électroniquement 37 a une entrée de commande numérique 49 connectée à une sortie numérique 51 du compteur 43.
En fonction, la sortie numérique 51 fournit un signal de sortie qui est représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
En référence à la Fig. 8, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, le générateur de signal de haute fréquence 17 montré à la Fig. 1 est remplacé par un générateur de fréquence contrôlée 53.
Cet appareil comprend un comparateur 39 ayant une première entrée connectée à
une sortie 34 du circuit démodulateur 33, et une deuxième entrée 41 recevant le niveau de signal de référence.
L'appareil comprend aussi un contrôleur de fréquence 55 ayant une entrée connectée à une sortie 45 du comparateur 39. Le générateur de fréquence contrôlée 53 a une entrée de commande numérique 54 connectée à une sortie numérique 56 du contrôleur de fréquence 55. En fonction, la sortie numérique du contrôleur de fréquence 55 fournit un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
En référence à la Fig. 9, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation particulièr permet de mesurer la distance et de déterminer les décharges dans le stator.
Comme indiqué ci-dessus, dans le cas présent, le capteur 7 est positionné sur le rotor. Ainsi, dans cet appareil, les première et deuxième parties sont respectivement le rotor et le stator d'une machine rotative électrique et la première plaque inclut un anneau de garde 29. Cet appareil comprend aussi un filtre passe-haut 57 ayant une entrée connectée à la sortie 31 de l'amplificateur 27, pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator. Cet appareil comprend aussi un amplificateur et détecteur 61 ayant une entrée connectée à une sortie 59 du filtre passe-haut 57. En fonction, l'amplificateur et détecteur 61 fournit le signal de voltage CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
En particulier, le capteur 7 mesure des signaux de radiofréquence qui sont associés avec des décharges partielles dans le stator. La nature de ces décharges peut être diverse et peut provenir des barres du stator, des rainures du stator et du bobinage du stator. Ces décharges partielles ont un spectre de très haute fréquence qui est beaucoup plus haut que la fréquence de fonctionnement F du générateur de signal 17.
Le but du filtre passe-haut 57 est donc d'éliminer les fréquences associées avec le générateur de fréquence 17, alors que l'amplificateur et détecteur 61 fournit l'amplitude de ces signaux de radiofréquence. La fréquence de fonctionnement du filtre passe-haut peut varier entre 10 MHz et 250 MHz.
Préférablement, ce mode de réalisation peut comporter en outre des moyens, tels un ordinateur, pour mémoriser le signal de voltage CC de l'amplificateur et détecteur 61 lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier les amplitudes et les emplacements des décharges qui ont lieu autour du stator.
Ce dernier mode de réalisation est avantageux parce que, pour un coût additionnel minime, l'appareil peut être modifié afin de mesurer en outre des décharges tout autour du stator.
Seul un capteur 7 a besoin d'être installé dans le rotor, et en fonction, celui-ci balaie systématiquement l'ensemble de l'alésage du stator, incluant toutes les barres du stator, fournissant ainsi des informations plus précises concernant l'emplacement des décharges que les systèmes antérieurs.
Le présent appareil est moins coûteux à fabriquer que les appareils d'art antérieur.
II consomme moins d'énergie et moins de câbles sont requis, tout en fournissant une cartographie détaillée de l'état du stator en temps réel. Des conceptions futures peuvent intégrer l'électronique directement sur le capteur 7.
Bien que des modes de réalisations préférentiels de la présente invention ont été
décrits en détail ci-dessus et illustrées dans les dessins annexés, il devrait être compris que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisations précis et que de nombreux changements et modifications peuvent être effectués à ceux-ci sans s'éloigner de la portée ou de l'esprit de la présente invention.
L'appareil comprend un capteur 7 adapté pour être monté sur la surface de la première partie 3. Le capteur 7 inclut une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices 9, 11 qui sont électriquement isolées l'une de l'autre. Les plaques 9, 11 sont parallèles à la surface de la première partie 3 et électriquement isolées de celle-ci. La deuxième plaque 11 est située entre la première plaque 9 et la surface de la première partie 3. L'appareil comprend aussi un générateur de signal de haute fréquence 17 ayant une sortie pour générer un signal de haute fréquence, une résistance 19 qui est connectée en série avec la sortie du générateur de signal de haute fréquence 17, et un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée 27.
Cet amplificateur 27 a une entrée connectée à la résistance 19 et à la première plaque 9 du capteur 7, et une sortie 31 connectée à la deuxième plaque 11 du capteur 7.
La sortie 31 de l'amplificateur 27 fournit un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
Au moyen de l'appareil décrit ci-dessus, on produit un signal représentatif d'une distance séparant les deux surfaces, de manière plus précise, et avec un circuit moins coûteux et ayant une consommation inférieure comparativement à ceux de l'art antérieur.
Les première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices 9, 11, sont électriquement isolées l'une de l'autre au moyen d'un matériau d'isolation approprié 13. Le capteur 7 est conçu pour être positionné à même la surface de la ' CA 02429164 2003-05-15 première partie 3 de façon à ce que les deux plaques 9, 11 soient parallèles à
cette surface et électriquement isolées de celle-ci. Cette isolation peut être effectuée grâce au matériau d'isolation 13 qui est déjà utilisé pour isoler électriquement les plaques 9, 11.
II est à noter que le capteur 7 peut être indifféremment positionné sur le rotor ou le stator seulement lorsque la distance séparant l'un de l'autre est à
déterminer.
Cependant, comme cela sera expliqué plus bas, lorsque la distance et les décharges électriques dans le stator doivent être mesurées, alors le capteur 7 est positionné sur le rotor.
Le positionnement du capteur à même la surface de la première partie 3 peut être effectuée simplement en le collant ou par d'autres moyens appropriés.
t_orsqu'on a l'intention de monter le capteur 7 sur un générateur électrique afin de mesurer l'entrefer de celui-ci, il est avantageux de former des rainures sur la surface des plaques conductrices 9, 11 afin de réduire les courants de Foucault le plus possible.
Afin de réduire autant que possible les voltages parasites, on peut varier la dimension de la surface des plaques 9, 11 en agrandissant une par rapport à
l'autre, ou en variant la distance qui les sépare, étant entendu que plus la distance est petite, plus les voltages parasitiques seront moindres.
En référence à nouveau à la Fig. 1, le circuit démodulateur 33 peut en outre être fourni pour traiter le signal de sortie de l'amplificateur 27. Le circuit démodulateur 33 a une entrée connectée à la sortie 31 de l'amplificateur 27, alors qu'une sortie 34 du circuit démodulateur 33 fournit un signal de voltage CC qui est représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
Préférablement, des moyens, tels qu'un ordinateur, peuvent être fournis pour mémoriser le signal de sortie de l'amplificateur 27 lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier les amplitudes et les emplacements des entrefers autour du stator.
Préférablement, pour réduire encore plus les voltages parasitiques, un anneau de garde 29 est inclut dans le capteur 7. L'anneau de garde 29 est connecté à la deuxième plaque 11 et s'étend tout autour et partiellement au-dessus de la première plaque 9, tel qu'il est mieux montré aux Figs. 2 et 3.
Le générateur de signal de haute fréquence 17 a une sortie pour générer un signal de haute fréquence. Par exemple, le signal de fréquence peut être une courbe sinusoïdale ou même une courbe carrée. Par exemple, le signal de voltage du générateur de signal 17 est donné par l'équation suivante E = Vo cos (2nFt) (1) où Vo est l'amplitude du signal de voltage, F est la fréquence de fonctionnement et t est le temps.
En théorie, le capteur 7 agit comme une capacitance dans une configuration de circuit filtre passe RC ou R est la résistance 19. La valeur de la capacitance du capteur est donnée par l'équation suivante C = eoS/e (2) où ea est la constante diélectrique de l'air, S est la surface de la première plaque 9 du capteur 7, et e est la distance séparant la première plaque 9 de la deuxième partie 5, qui est inversement proportionnelle à la capacitance du capteur.
Par ailleurs, le signal de sortie de l'amplificateur 27 correspond théoriquement au voltage de la capacitance du capteur, qui est donné par l'équation suivante VS = Vol (1+ jRC2nF) (3) Ainsi, si RC2nF est beaucoup plus grand que 1, alors le voltage de capacitance du capteur est donné par l'équation suivante Vs ~ Vo/ jRC2nF (4) Et en remplaçant C dans l'équation (1 ), celle-ci devient VS ~ Vo e/ jREoS2nF (5) 5 En conséquence, le signal de sortie de l'amplificateur 27 est théoriquement directement proportionnel à la distance linéaire séparant la surface de la première plaque 9 du capteur 7 de la surface de la deuxième partie 5 si RC2IIF est choisi suffisamment grand.
En pratique, le signal de haute fréquence du générateur de signal 17 peut avoir 10 une bande de fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz, tandis que la résistance 19 peut avoir une valeur d'environ 500 kOhm. Si le signal de fréquence est au-dessous de cette bande, la dynamique du signal de voltage de sortie peut devehir trop petite pour être facilement mesurable et il devient alors impossible, à
cause de la largeur de bande de fréquence réduite, de déterminer la distance e.
Par ailleurs, dans le cas particulier de générateurs, une fréquence trop basse peut causer du bruit. Si d'un autre côté, la fréquence est trop haute et se situe au-dessus de la bande ci-dessus mentionnée, alors il peut survenir un problème de mesure puisque les amplificateurs qui permettent de traiter les signaux à
haute fréquence deviennent de plus en plus compliqués. Par ailleurs, une trop haute fréquence peut créer des problèmes de mise à la terre de l'impédance.
Cependant, selon la présente invention, il est possible pour un opérateur de sélectionner la fréquence de fonctionnement à l'intérieur de la bande donnée de 100 kHz à 500 kHz.
Selon la présente invention, il est aussi fourni une méthode de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées. La méthode comprend les étapes de (a) positionner le capteur 7 sur la surface de la première partie 3, (b) alimenter la première plaque 9 du capteur 7 avec un signal de haute fréquence à travers la résistance 19, (c) alimenter une entrée de l'amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée 27 avec un signal de haute fréquence à
travers la résistance, et (d) alimenter la deuxième plaque 11 avec un signal de sortie de l'amplificateur 27. Le signal de sortie de l'amplificateur 27 est représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
~ CA 02429164 2003-05-15 En référence à la Fig. 4, préférablement, pour réduire encore plus les voltages parasitiques, un câble coaxial 21 est utilisé dans l'appareil. Dans un tel cas, l'entrée de l'amplificateur 27 est connectée à la première plaque 9 du capteur à
travers un conducteur intérieur 23 du câble coaxial 21, alors que la sortie 31 de l'amplificateur 27 est connectée à la deuxième plaque 11 à travers un conducteur externe 25 du câble coaxial 21. Préférablement, un détecteur synchrone 35 est utilisé comme un circuit démodulateur. Le détecteur synchrone 35 a une paire d'entrées connectées respectivement à ia sortie du générateur de signai de haute fréquence 17 et à la sortie de l'amplificateur 27. En fonction, une sortie 36 du détecteur synchrone 35 fournit un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
II est important de noter que le circuit démodulateur n'a pas besoin d'être un dëtecteur synchrone 35. En effet, un circuit à diode et filtre ou un convertisseur analogue à numérique rapide contrôlé par un microprocesseur peut fonctionner aussi bien.
En référence à la Fig. 5, les courbes de voltage de sortie sont montrées par rapport à la distance e séparant le rotor et le stator pour différentes valeurs de fréquence. En référence à la Fig. 6, des courbes de gain de système sont montrées par rapport à la fréquence de fonctionnement pour diverses valeurs de e. Ainsi, pour une conception particulière, il est alors possible de déterminer la courbe de linéarisation du capteur pour déterminer avec précision la valeur de la distance à mesurer en fonction de la valeur du signal de voltage de sortie.
En référence à la Fig. 7, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, une résistance variable commandée électriquement 37 est utilisée au lieu de la résistance 19 montrée à la Fig. 1. L'appareil comprend en outre un comparateur 39 qui a une première entrée connectée à la sortie 34 du circuit démodulateur 33. Le comparateur 39 a aussi une deuxième entrée 41 recevant un niveau de signal de référence. L'appareil inclut aussi un compteur 43 ayant une entrée haut/bas 44 connectée à une sortie 45 du comparateur 39. Le compteur 43 a aussi une entrée d'horloge 47 connectée à la sortie du générateur de signal de haute fréquence 17.
La résistance variable commandée électroniquement 37 a une entrée de commande numérique 49 connectée à une sortie numérique 51 du compteur 43.
En fonction, la sortie numérique 51 fournit un signal de sortie qui est représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
En référence à la Fig. 8, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de réalisation, le générateur de signal de haute fréquence 17 montré à la Fig. 1 est remplacé par un générateur de fréquence contrôlée 53.
Cet appareil comprend un comparateur 39 ayant une première entrée connectée à
une sortie 34 du circuit démodulateur 33, et une deuxième entrée 41 recevant le niveau de signal de référence.
L'appareil comprend aussi un contrôleur de fréquence 55 ayant une entrée connectée à une sortie 45 du comparateur 39. Le générateur de fréquence contrôlée 53 a une entrée de commande numérique 54 connectée à une sortie numérique 56 du contrôleur de fréquence 55. En fonction, la sortie numérique du contrôleur de fréquence 55 fournit un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
En référence à la Fig. 9, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Ce mode de réalisation particulièr permet de mesurer la distance et de déterminer les décharges dans le stator.
Comme indiqué ci-dessus, dans le cas présent, le capteur 7 est positionné sur le rotor. Ainsi, dans cet appareil, les première et deuxième parties sont respectivement le rotor et le stator d'une machine rotative électrique et la première plaque inclut un anneau de garde 29. Cet appareil comprend aussi un filtre passe-haut 57 ayant une entrée connectée à la sortie 31 de l'amplificateur 27, pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator. Cet appareil comprend aussi un amplificateur et détecteur 61 ayant une entrée connectée à une sortie 59 du filtre passe-haut 57. En fonction, l'amplificateur et détecteur 61 fournit le signal de voltage CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
En particulier, le capteur 7 mesure des signaux de radiofréquence qui sont associés avec des décharges partielles dans le stator. La nature de ces décharges peut être diverse et peut provenir des barres du stator, des rainures du stator et du bobinage du stator. Ces décharges partielles ont un spectre de très haute fréquence qui est beaucoup plus haut que la fréquence de fonctionnement F du générateur de signal 17.
Le but du filtre passe-haut 57 est donc d'éliminer les fréquences associées avec le générateur de fréquence 17, alors que l'amplificateur et détecteur 61 fournit l'amplitude de ces signaux de radiofréquence. La fréquence de fonctionnement du filtre passe-haut peut varier entre 10 MHz et 250 MHz.
Préférablement, ce mode de réalisation peut comporter en outre des moyens, tels un ordinateur, pour mémoriser le signal de voltage CC de l'amplificateur et détecteur 61 lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier les amplitudes et les emplacements des décharges qui ont lieu autour du stator.
Ce dernier mode de réalisation est avantageux parce que, pour un coût additionnel minime, l'appareil peut être modifié afin de mesurer en outre des décharges tout autour du stator.
Seul un capteur 7 a besoin d'être installé dans le rotor, et en fonction, celui-ci balaie systématiquement l'ensemble de l'alésage du stator, incluant toutes les barres du stator, fournissant ainsi des informations plus précises concernant l'emplacement des décharges que les systèmes antérieurs.
Le présent appareil est moins coûteux à fabriquer que les appareils d'art antérieur.
II consomme moins d'énergie et moins de câbles sont requis, tout en fournissant une cartographie détaillée de l'état du stator en temps réel. Des conceptions futures peuvent intégrer l'électronique directement sur le capteur 7.
Bien que des modes de réalisations préférentiels de la présente invention ont été
décrits en détail ci-dessus et illustrées dans les dessins annexés, il devrait être compris que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisations précis et que de nombreux changements et modifications peuvent être effectués à ceux-ci sans s'éloigner de la portée ou de l'esprit de la présente invention.
Claims (18)
1. Une méthode de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise à
la terre, la méthode comprenant les étapes de:
(a) positionner un capteur sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices, qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
(b) alimenter la première plaque du capteur avec un signal de haute fréquence à travers une résistance;
(c) alimenter une entrée d'un amplificateur de voltage à gain unitaire de basse capacité d'entrée et de haute impédance avec le signal de haute fréquence à travers de la résistance; et (d) alimenter la deuxième plaque avec un signal de sortie de l'amplificateur, le signal de sortie de l'amplificateur étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
la terre, la méthode comprenant les étapes de:
(a) positionner un capteur sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices, qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
(b) alimenter la première plaque du capteur avec un signal de haute fréquence à travers une résistance;
(c) alimenter une entrée d'un amplificateur de voltage à gain unitaire de basse capacité d'entrée et de haute impédance avec le signal de haute fréquence à travers de la résistance; et (d) alimenter la deuxième plaque avec un signal de sortie de l'amplificateur, le signal de sortie de l'amplificateur étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
2. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1, dans laquelle l'étape (b) est caractérisée en ce que la première plaque du capteur est alimentée à travers un conducteur intérieur d'un câble coaxial; et l'étape (d) est caractérisée en ce que la deuxième plaque est alimentée à travers un conducteur externe du câble coaxial.
3. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1, comprenant en outre une étape d'alimenter un circuit démodulateur avec le signal de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du circuit démodulateur étant un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
4. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1, comprenant en outre une étape d'alimenter un détecteur synchrone avec le signal de haute fréquence et le signal de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du détecteur synchrone étant un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
5. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 3, dans laquelle les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que la résistance est une résistance variable commandée électriquement, la méthode comprenant en outre les étapes de:
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée haut/bas d'un compteur avec un signal de sortie du comparateur;
alimenter une entrée d'horloge du compteur avec le signal de haute fréquence; et alimenter une entrée de commande numérique de la résistance variable commandée électriquement avec un signal de sortie numérique du compteur, le signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée haut/bas d'un compteur avec un signal de sortie du comparateur;
alimenter une entrée d'horloge du compteur avec le signal de haute fréquence; et alimenter une entrée de commande numérique de la résistance variable commandée électriquement avec un signal de sortie numérique du compteur, le signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
6. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 3, dans laquelle les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que le signal de haute fréquence est généré par un générateur à fréquence contrôlée, la méthode comprenant en outre tes étapes de:
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée d'un contrôleur de fréquence avec un signal de sortie du comparateur; et alimenter une entrée de commande numérique du générateur de fréquence contrôlée avec un signal de sortie numérique du contrôleur de fréquence, le signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée d'un contrôleur de fréquence avec un signal de sortie du comparateur; et alimenter une entrée de commande numérique du générateur de fréquence contrôlée avec un signal de sortie numérique du contrôleur de fréquence, le signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
7. La méthode de mesure sans contact selon 1a revendication 1, dans laquelle la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de garde, la méthode comprenant en outre les étapes de:
alimenter une entrée d'un filtre passe-haut avec le signal de sortie de l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et alimenter une entrée d'un amplificateur et détecteur avec un signal de sortie du filtre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signal de voltage CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
alimenter une entrée d'un filtre passe-haut avec le signal de sortie de l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et alimenter une entrée d'un amplificateur et détecteur avec un signal de sortie du filtre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signal de voltage CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
8. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 7, comprenant en outre l'étape de mémoriser le signal de voltage CC de l'amplificateur et détecteur lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier des amplitudes et des emplacements des décharges ayant lieu autour du stator.
9. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1, dans laquelle la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de garde, la méthode comprenant en outre l'étape de mémoriser le signal de sortie de l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator pour identifier des amplitudes et des emplacements d'entrefers autour du stator.
10. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 9, caractérisée en ce que:
le signal de haute fréquence utilisé aux étapes (b) et (c) a une fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et la résistance utilisée dans les étapes (b) et (c) est substantiellement de 500 kOhm.
le signal de haute fréquence utilisé aux étapes (b) et (c) a une fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et la résistance utilisée dans les étapes (b) et (c) est substantiellement de 500 kOhm.
11. Un appareil de mesure sans contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise à
la terre, comprenant:
un capteur adapté pour être monté sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à
la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
un générateur de signal de haute fréquence ayant une sortie pour générer un signal de haute fréquence;
une résistance connectée en série avec la sortie du générateur de signal de haute fréquence; et un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée ayant une entrée connectée à la résistance et à la première plaque du capteur, et une sortie connectée à la deuxième plaque du capteur, la sortie de l'amplificateur fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
la terre, comprenant:
un capteur adapté pour être monté sur la surface de la première partie, le capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à
la surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la deuxième plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première partie;
un générateur de signal de haute fréquence ayant une sortie pour générer un signal de haute fréquence;
une résistance connectée en série avec la sortie du générateur de signal de haute fréquence; et un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée ayant une entrée connectée à la résistance et à la première plaque du capteur, et une sortie connectée à la deuxième plaque du capteur, la sortie de l'amplificateur fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
12. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11, caractérisé
en ce que celui-ci comprend en outre un câble coaxial, une entrée de l'amplificateur étant connectée à la première plaque du capteur à travers un conducteur intérieur du câble coaxial, la sortie de l'amplificateur étant connectée à
la deuxième plaque à travers un conducteur externe du câble coaxial.
en ce que celui-ci comprend en outre un câble coaxial, une entrée de l'amplificateur étant connectée à la première plaque du capteur à travers un conducteur intérieur du câble coaxial, la sortie de l'amplificateur étant connectée à
la deuxième plaque à travers un conducteur externe du câble coaxial.
13. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11, comprenant en outre un circuit démodulateur ayant une entrée connectée à la sortie de l'amplificateur, une sortie du circuit démodulateur fournissant un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
14. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11, comprenant en outre un détecteur synchrone ayant une paire d'entrées connectées respectivement à la sortie du générateur de signal de haute fréquence et à la sortie de l'amplificateur, une sortie du détecteur synchrone fournissant un signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
15. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 13, dans lequel la résistance est une résistance variable commandée électriquement, l'appareil comprenant en outre:
un comparateur ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit démodulateur, et une deuxième entrée connectée à un générateur de signal de référence;
un compteur ayant une entrée haut/bas connectée à une sortie du comparateur, le compteur ayant une entrée d'horloge connectée au générateur de signal de haute fréquence, la résistance variable commandée électriquement ayant une entrée de commande numérique connectée à une sortie numérique du compteur, la sortie numérique fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
un comparateur ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit démodulateur, et une deuxième entrée connectée à un générateur de signal de référence;
un compteur ayant une entrée haut/bas connectée à une sortie du comparateur, le compteur ayant une entrée d'horloge connectée au générateur de signal de haute fréquence, la résistance variable commandée électriquement ayant une entrée de commande numérique connectée à une sortie numérique du compteur, la sortie numérique fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
16. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 13, dans lequel le générateur de signal de haute fréquence est un générateur de fréquence contrôlée, l'appareil comprenant en outre:
un comparateur ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit démodulateur, et une deuxième entrée connectée à un générateur de signal de référence; et un contrôleur de fréquence ayant une entrée connectée à une sortie du comparateur, le générateur de fréquence contrôlée ayant une entrée de commande numérique connectée à une sortie numérique du contrôleur de fréquence, la sortie numérique du contrôleur de fréquence fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
un comparateur ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit démodulateur, et une deuxième entrée connectée à un générateur de signal de référence; et un contrôleur de fréquence ayant une entrée connectée à une sortie du comparateur, le générateur de fréquence contrôlée ayant une entrée de commande numérique connectée à une sortie numérique du contrôleur de fréquence, la sortie numérique du contrôleur de fréquence fournissant un signal de sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
17. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11, dans lequel la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de garde, l'appareil comprenant en outre:
un filtre passe-haut ayant une entrée connectée à la sortie de l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et un amplificateur et détecteur ayant une entrée connectée à une sortie du filtre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signai de voltage CC
représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
un filtre passe-haut ayant une entrée connectée à la sortie de l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et un amplificateur et détecteur ayant une entrée connectée à une sortie du filtre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signai de voltage CC
représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.
18. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 17, dans lequel:
le signal de haute fréquence a une fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et la résistance est d'environ 500 kOhm.
le signal de haute fréquence a une fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et la résistance est d'environ 500 kOhm.
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