[0001] La présente invention a pour objet un capteur inductif de position comportant une règle et un curseur mobiles l'un par rapport à l'autre le long d'un chemin de mesure, la règle comportant un ou des conducteurs formant une série de boucles conductrices espacées d'un pas T le long du chemin, le curseur comportant des conducteurs inducteurs et induits, reliés à un circuit électronique de mesure et formant chacun une série de lacets de sens alterné espacés d'un pas T le long du chemin.
[0002] On connaît du brevet CH 690 933 un capteur inductif de position comportant les caractéristiques du préambule de la revendication 1. La position entre la règle et le curseur le long du chemin se détermine par la mesure des couplages entre conducteurs inducteurs et induits du curseur par l'intermédiaire des conducteurs de la règle.
Les champs magnétiques générés et détectés par les conducteurs du curseur et de la règle d'un tel capteur ont une alternance de polarité à chaque pas T le long du chemin de mesure. Ce capteur est insensible à des champs magnétiques d'intensité et de direction homogènes, tels que générés par des sources externes au capteur, le courant qu'ils induisent dans deux lacets de sens alterné étant nul.
[0003] Dans un premier mode d'exécution décrit dans le brevet cité, les conducteurs du curseur sont séparés, atténuant fortement les couplages directs entre conducteurs inducteurs et induits du curseur. Mais, comme chaque conducteur n'est vis-à-vis que d'une fraction de la surface de la règle en regard du curseur, les couplages entre conducteurs inducteurs et induits du curseur par l'intermédiaire des conducteurs de la règle sont aussi réduits.
En outre, les erreurs d'alignement entre règle et curseur provoquent des inégalités entre ces couplages et faussent la mesure.
[0004] Dans un second mode d'exécution décrit dans le brevet cité les conducteurs du curseur sont tous imbriqués: comme chaque conducteur du curseur fait face à toute la surface de la règle en regard du curseur, les couplages entre conducteurs inducteurs et induits du curseur par l'intermédiaire des conducteurs de la règle atteignent leur niveau maximum. Les erreurs d'alignement entre règle et curseur n'influencent que peu la mesure, les couplages étant tous ici affectés de manière sensiblement égale.
Mais les couplages directs entre conducteurs du curseur sont importants et donnent lieu à des erreurs de mesure d'autant plus grandes que les couplages par la règle seront faibles, donc que l'écart entre curseur et règle sera grand.
[0005] Afin d'arriver à une précision de mesure meilleure et indépendante dudit écart, il faut rendre les couplages directs négligeables par rapport aux couplages par la règle, et ces derniers doivent rester insensibles aux erreurs d'alignement entre règle et curseur.
[0006] A ces fins, la présente invention est caractérisée en ce que les conducteurs du curseur sont agencés en au moins un premier groupe et en au moins un second groupe séparé du premier groupe, chaque groupe comportant N conducteurs imbriqués les uns dans les autres et décalés d'un multiple de T/N,
le premier groupe étant formé des conducteurs inducteurs et le second groupe étant formé des conducteurs induits, le couplage entre conducteurs inducteurs et induits des premiers et second groupes se faisant par l'intermédiaire du ou des conducteurs de la règle.
[0007] Ces caractéristiques permettent d'obtenir un capteur bien moins sensible à des variations d'écart entre le curseur et la règle, en éliminant les couplages directs néfastes entre conducteurs du curseur tout en maintenant les couplages par la règle à la moitié de leur niveau maximum. Les groupes séparés de N conducteurs permettent d'activer N configurations, identiques mais décalées de T/N, d'au moins un conducteur inducteur et un induit.
L'absence des couplages directs ainsi que des couplages plus uniformes via la règle, obtenue en groupant ensemble les conducteurs inducteurs d'une part et les induits de l'autre, rend plus uniforme les couplages périodiques en fonction de la position x dans ces N configurations, ce qui permet de déterminer cette dernière avec plus de précision, même pour de écarts relativement grands entre règle et curseur.
[0008] De manière optimale, les conducteurs de chacun des deux groupes du curseur forment des méandres ou des zigzags aller-retour le long du chemin de mesure. Le couplage magnétique direct entre un zigzag aller-retour inducteur et un induit décroît fortement avec leur éloignement, étant donné que chacun forme une série de boucles d'induction ou induites quasiment fermées, de polarité alternée, dont les effets tendent à se compenser.
De plus, comme un zigzag aller-retour est une ligne fermée, il peut être interrompu n'importe où pour être connecté au circuit de mesure par une paire de conducteurs très rapprochés dont la contribution à l'inductance, donc au couplage, est négligeable. Pour une séparation donnée entre les groupes inducteurs et induits, l'écart entre règle et curseur peut donc varier davantage, permettant un alignement plus simple du curseur le long de la règle.
[0009] Dans un mode d'exécution préféré, la règle comporte une série de boucles conductrices fermées, et les premier et second groupes de conducteurs inducteurs et induits du curseur se trouvent côte à côte le long du même tronçon du chemin de mesure.
Les courants induits dans la règle ne se propagent par conséquent en travers du chemin de mesure plutôt que le long de celui-ci, rendant le capteur insensible aux champs magnétiques agissant dans la partie de la règle n'étant pas face au curseur.
[0010] Dans un tel mode d'exécution, un groupe de conducteurs peut s'étendre au-delà de l'autre dans chaque sens le long du chemin de mesure, ce qui donne un couplage uniforme par la règle sur toute l'étendue du groupe plus court, donc aussi entre n'importe quel conducteur inducteur et n'importe quel conducteur induit ayant un même décalage le long du chemin x.
[0011] Dans un mode d'exécution préféré d'un capteur conforme à l'invention, le curseur comporte trois conducteurs inducteurs et trois conducteurs induits, les zigzags des conducteurs inducteurs ainsi que ceux des induits étant décalés entre eux de T/3,
selon le chemin de mesure, la position selon le chemin de mesure de chaque conducteur inducteur coïncidant avec celle d'un conducteurs induit. Un circuit électronique mesure le couplage de chaque conducteur inducteur aux deux conducteurs induits décalés de celui-ci et reliés en série, afin d'être équivalents à celui d'un conducteur induit virtuel situé entre-deux, et donc décalé de T/2 du conducteur inducteur. Ceci élimine la composante continue du couplage en fonction de la position. Les zigzags ayant une forme approximativement sinusoïdale de période 2T, on obtient ainsi trois signaux sinusoïdaux de période T en fonction de la position x, décalés entre eux de T/3.
Avec les signaux complémentaires obtenus en inversant par exemple la polarité des conducteurs induits, on obtient une séquence répétitive de six signaux, dont les couplages périodiques en fonction de la position x du curseur par rapport à la règle sont progressivement décalés entre eux de T/6.
[0012] Le circuit électronique est par conséquent agencé pour activer en séquence répétitive six configurations d'un conducteur inducteur et de deux conducteurs induits reliés en série, dont les couplages en fonction de la position du curseur le long du chemin de mesure sont progressivement décalées de T/6,
la différence de phase entre la composante fondamentale de la séquence répétitive des mesures échantillonnées et un signal de référence étant une fonction linéaire de la position le long du chemin.
[0013] Dans un autre mode d'exécution d'un capteur conforme à l'invention, le curseur comporte deux conducteurs inducteurs et deux conducteurs induits, les zigzags des deux conducteurs inducteurs ainsi que ceux des deux conducteurs induits étant décalés entre eux de T/2 selon le chemin de mesure, les zigzags des conducteurs inducteurs et induits étant décalés entre eux de T/4 selon le chemin de mesure.
[0014] Le circuit électronique est préférablement agencé pour mesurer les quatre couplages de chaque conducteur inducteur à chaque conducteur induit via la règle,
la polarité de mesure de chaque couplage étant fixée afin que les quatre couplages mesurés en fonction de la position du curseur le long de la règle soient quatre sinusoïdes de période T progressivement décalés de T/4, ayant la même amplitude et la même composante continue.
[0015] Cette composante continue peut donc être rejetée, par exemple en mesurant séquentiellement ces quatre couplages.
La symétrie entre les deux conducteurs inducteurs, et entre les deux induits, facilite l'appairage des inductances et des comportements en ligne de transmission nécessaires à un couplage uniforme entre les conducteurs inducteurs et induits.
[0016] Plusieurs modes d'exécution de la règle sont avantageux: la règle peut consister en une structure conductrice en échelle dont chaque échelon est commun à deux boucles conductrices fermées par les montants et les échelons voisins. Elle peut consister en un circuit imprimé sur un substrat isolant ou ferromagnétique: il est alors possible d'avoir une ou plusieurs boucles conductrices séparées, pour diminuer encore plus les couplages le long de la règle.
Par contre, si les conducteurs inducteurs et induits du curseur ne sont pas côte à côte mais se suivent l'un l'autre, les couplages se transmettent le long de la règle, par exemple au moyen d'un conducteur en zigzag aller-retour. La règle et le curseur peuvent être cylindriques avec un déplacement axial, les conducteurs de la règle étant des anneaux, les conducteurs inducteurs et induits du curseur étant côte à côte, d'où un petit diamètre et une mesure insensible à la rotation axiale.
Pour un capteur de rotation, le conducteur de la règle peut être un zigzag fermé sur lui-même.
[0017] D'autres avantages ressortent des caractéristiques exprimées dans les revendications dépendantes et de la description exposant ci-après l'invention plus en détail à l'aide de dessins représentant schématiquement et à titre d'exemple des modes d'exécution préférés.
<tb>La fig. 1<sep>montre en exemple la règle et le curseur d'un capteur conforme à l'invention.
<tb>La fig. 2<sep>représente schématiquement comme exemple un circuit électronique de mesure d'un capteur conforme à l'invention.
<tb>Les fig. 3A et 3B<sep>montrent une configuration de deux conducteurs inducteurs et de deux conducteurs induits d'un capteur conforme à l'invention et les couplages entre eux en fonction de la position du curseur le long de la règle.
<tb>Les fig. 4A à 4E<sep>montrent différentes règles pour des capteurs conformes à l'invention.
[0018] La règle 10 et le curseur 20 mobiles d'un capteur conforme à l'invention sont représentés à la fig. 1; ils se déplacent l'un par rapport à l'autre selon un chemin de mesure x, ici rectiligne. La surface du curseur 20 en regard de la règle est représentée, ainsi qu'une partie de la règle 10 seulement, pour que le curseur 20 reste visible. Les plans des surfaces en regard de la règle 10 et du curseur 20 sont parallèles au plan de la figure.
[0019] La règle 10 est un ruban conducteur en forme d'échelle dont les échelons 11 sont espacés d'un pas T, donnant lieu à une série de boucles conductrices également espacées de T.
Chaque boucle conductrice se ferme sur elle-même autour d'une ouverture 12 entre deux échelons 11.
[0020] Le curseur 20 a deux groupes de N=3 conducteurs imbriqués, chaque conducteur formant un zigzag d'une période spatiale de 2T dont les lacets successifs de sens alterné sont donc espacées du pas T le long du chemin. Les conducteurs inducteurs 21, 22, 23 constituent un groupe, et les conducteurs induits 31, 32, 33 constituent l'autre. Ces deux groupes sont disposés côte à côte le long du chemin de mesure x.
[0021] Alternativement, dans les cas où la règle est formée d'un conducteur en zigzag fermé, les deux groupes peuvent se suivre le long du chemin de mesure x, puisque les courants induits dans la règle circulent aussi le long de celle-ci.
Mais dans la description qui suit, la règle comporte une série de boucles conductrices fermées et les groupes de conducteurs imbriqués du curseur sont côte à côte. Les avantages d'un tel mode d'exécution sont le degré de couplage indépendant de la longueur de la règle et l'insensibilité aux courants induits dans la partie de la règle située en-dehors du curseur, ceux-ci circulant en travers du chemin de mesure plutôt que le long de celui-ci.
[0022] Le couplage d'un conducteur inducteur 21, 22 ou 23 à un induit 31, 32 ou 33 se fait par l'intermédiaire des conducteurs de la règle.
Comme un conducteur inducteur forme une série de lacets de sens alterné, le couplage d'un conducteur inducteur à une boucle de la règle est périodique en fonction de la position x, de période 2T, puisqu'il est maximum à chaque pas T, quand les lacets du conducteur inducteur se trouvent face à une boucle de la règle, et que la polarité du couplage change d'un lacet au suivant. Les courants induits dans les boucles voisines de la règle ont aussi des polarités opposées. Dans la règle 10 en échelle de la fig. 1 le sens du courant alterne donc d'échelon à échelon. Par analogie, le couplage d'une boucle de la règle à un conducteur induit en fonction de x est également périodique avec une période de 2T.
Le couplage d'un conducteur inducteur à un induit par la règle en fonction de la position x est le produit de ces deux couplages ayant une période de 2T en fonction de x: il sera donc également une fonction périodique de x, mais de période T. Le couplage d'un autre conducteur inducteur, décalé de T/N, ici T/3, du précédent, à un autre conducteur induit, également décalé de T/3 du précédent, sera une même fonction de période T selon x, décalée de T/3 de la précédente. Ceci, pour autant que la contribution des couplages directs des inducteurs aux induits reste négligeable.
[0023] Pour améliorer les couplages par la règle 10 et surtout pour fortement réduire les couplages directs, les conducteurs 21, 22, 23, 31, 32, 33 du curseur forment le long du chemin de mesure x des zigzags aller-retour.
Le couplage magnétique direct entre un zigzag aller-retour inducteur et un induit décroît fortement avec leur éloignement, étant donné que chacun forme une série de boucles d'induction ou induites quasiment fermées, de polarité alternée, dont les contributions au couplage tendent à se compenser. De plus, un zigzag aller-retour forme un tracé refermé sur lui-même et peut donc être connecté au circuit de mesure par deux conducteurs très rapprochés dont la contribution à l'inductance et donc au couplage est négligeable.
Autrement dit, les conducteurs en zigzag aller-retour inducteurs 21, 22, 23 ont donc des champs très faibles en-dehors de leur périmètre, puisque les effets des boucles de courant de sens de rotation opposé formées par le tracé s'y compensent, et les conducteurs induits 31, 32, 33 de même forme sont insensibles à des champs extérieurs, qui tendent à être homogènes dans la zone des induits. Les connexions au circuit électronique de mesure se font par des lignes bifilaire à partir des extrémités 210-211, 220-221, 230-231, 310-311, 320-321, 330-331 des conducteurs 21, 22, 23, 31, 32, 33 respectivement.
[0024] Pour que la mesure soit juste, il faut que les couplages via la règle de n'importe quel conducteur inducteur à n'importe quel conducteur induit ayant le même décalage l'un par rapport selon le chemin x soient uniformes.
C'est le cas lorsque le chemin x est un cercle et que les conducteurs inducteurs et induits occupent tout le pourtour. C'est aussi le cas pour un chemin rectiligne, si un groupe de conducteurs imbriqués du curseur s'étend bien au-delà de l'autre dans les deux sens le long du chemin de mesure x, ce qui donne un couplage uniforme par la règle sur toute l'étendue du groupe plus court, donc aussi entre n'importe quel conducteur inducteur et n'importe quel conducteur induit ayant un même décalage le long du chemin x.
Dans l'exécution montrée à la fig. 1 c'est le groupe des conducteurs inducteurs 21, 22, 23 qui est plus long que celui des conducteurs induits 31, 32, 33: les champs électromagnétiques spatialement périodiques des conducteurs inducteurs 21, 22, 23, et par conséquent ceux de la règle 10, ont donc une amplitude constante sur l'étendue des conducteurs induits, assurant un couplage uniforme, pour autant que chaque conducteur induit 31, 32, 33 ait la même étendue, ce qui est le cas ici.
[0025] L'insensibilité d'un capteur conforme à l'invention aux liquides (eau, huile, encre), aux poussières, aux champs électriques et magnétiques, ainsi que sa tolérance aux erreurs d'écart et d'alignement entre curseur et règle, permet de l'utiliser dans la plupart des cas sans protection et sans blindage, et avec un guidage extérieur simple:
les coûts d'installation et d'utilisation d'un tel capteur sont donc minimes, ce qui le prédestine à des applications à bas prix. Il faut donc que le dimensionnement du capteur soit compatible avec un procédé de fabrication économique tout en assurant une précision de mesure suffisante. Le pas T ne doit être ni trop grand, pour limiter l'erreur d'interpolation, qui augmente avec T, ni trop petit, afin de ne pas trop limiter l'écart entre règle et curseur, le couplage des conducteurs inducteurs via la règle aux induits diminuant de moitié pour une augmentation d'écart entre curseur et règle de 0,11 T. Pour une précision de quelques micromètres et un écart de quelques dixièmes de millimètre, un pas T d'un à deux millimètres est optimal.
Pour une fabrication en circuit imprimé du curseur, le nombre N de conducteurs par groupe doit donc être faible afin que l'espacement T/N de deux lignes voisines reste raisonnable et accessoirement pour réduire le nombre de connexions à l'électronique de mesure. Le curseur 20 de la fig. 1 a seulement N=3 conducteurs par groupe.
[0026] Pour un capteur conforme à l'invention, le couplage entre conducteurs du curseur par la règle en fonction de la position x est périodique, de période égale au pas T. Les conducteurs (21 à 23, 31 à 33) en zigzag du curseur 20 montrés à la fig. 1 ont une forme proche d'une sinusoïde de période 2T: le couplage en fonction de la position x d'un conducteur inducteur à la règle, ainsi que de la règle à un conducteur induit, est donc pratiquement une sinusoïde, de période 2T égale à celle d'un zigzag.
Le couplage en fonction de la position x d'un conducteur inducteur via la règle à un conducteur induit est donc le produit de deux tels sinusoïdes de période 2T, c'est-à-dire une sinusoïde de période T plus une composante continue qui s'annule si le conducteur inducteur et induit sont décalés de T/2, ce qui est le cas dans cette exécution.
[0027] Il convient de remarquer ici que les composantes harmoniques résiduelles du couplage en fonction du chemin x s'atténuent fortement avec l'écart entre règle et curseur:
une augmentation d'écart peut donc améliorer la linéarité tant que l'effet des couplages directs reste négligeable.
[0028] Les trois conducteurs inducteurs 21, 22, 23, décalés entre eux de T/3, et les trois conducteurs induits 31, 32, 33, aussi décalés entre eux de T/3, ayant respectivement la même position dans un pas T le long du chemin de mesure x, il faut combiner deux induits en un seul induit équivalent à un induit virtuel décalé de l'inducteur de T/2, afin d'éliminer la composante continue du couplage. Pour le conducteur inducteur 21, l'induit virtuel correspondant, situé entre les conducteurs induits 32 et 33, est obtenu en reliant ces derniers en série par leurs extrémités 321 et 331, le signal étant mesuré entre les extrémités 320 et 330 (configuration a).
De même pour le conducteur inducteur 22, les conducteurs induits 33 et 31 sont reliés en série par leurs extrémités 331 et 311 (configuration e) et pour le conducteur inducteur 23, les conducteurs induits 31 et 32 sont reliés en série par leurs extrémités 311 et 321 (configuration c).
[0029] Ces trois configurations de couplage sont décalées entre elles de 2T/3 le long du chemin x. Les trois couplages sinusoïdaux en fonction de x sont donc également décalés entre eux de 2T/3, ou de T/3 dans l'autre sens, comme leur période est T. Les mesure inverses sont faites avec les configurations d, b, f, ayant les mêmes configurations de conducteurs inducteurs et induits reliés en série que les mesures a, e, c respectivement, mais en inversant les connexions des induits reliées au circuit de mesure, ce qui a pour effet de décaler leurs fonctions de couplage de T/2.
C'est seulement le cas parce qu'ici la composante continue du couplage susmentionné est nulle. On obtient finalement les six configurations suivantes, dont les couplages sinusoïdaux en fonction de x sont décalés progressivement de T/6:
a) : inducteur 21, induits 32 et 33 en série,
b) : inducteur 22, induits 31 et 33 en série,
c) : inducteur 23, induits 31 et 32 en série,
d) : inducteur 21, induits 33 et 32 en série,
e) : inducteur 22, induits 33 et 31 en série,
f) :
inducteur 23, induits 32 et 31 en série.
[0030] En mesurant le couplage des configurations a, b, c, d, e, f en séquence répétée, on obtient donc un signal sinusoïdal échantillonné dont la période en l'absence de déplacement entre curseur et règle est égale à celle de la séquence, et dont la phase, par rapport à celle d'un signal ayant la même période que la séquence, a une relation linéaire avec la position x du curseur par rapport à la règle le long du chemin de mesure.
[0031] Le circuit électronique de mesure représenté schématiquement dans la fig. 2 est connecté aux conducteurs inducteurs 21, 22, 23 et induits 31, 32, 33 du curseur. La règle 10 est représentée symboliquement comme élément de couplage dans la fig. 2 par une de ses boucles conductrices, dessinée en pointillé.
Le circuit électronique est réalisé en technologie CMOS, les transistors 61 à 63, 100 à 103, 110 à 113 étant des FET à canal N à enrichissement. Les extrémités 211, 221, 231 des conducteurs inducteurs 21, 22, 23 sont reliées à la source de tension VL ainsi qu'à un condensateur 40 maintenant une basse impédance aussi à des fréquences élevées. Les autres extrémités 210, 220, 230 des conducteurs inducteurs sont reliées respectivement aux drains des transistors 61, 62, 63, dont les sources sont à la masse et dont les grilles sont reliées respectivement aux sorties des portes logiques "ET" 51, 52, 53.
Les extrémités 311, 321, 331 des conducteurs induits 31, 32, 33 sont reliées ensemble, les autres connections 310, 320, 330 étant chacune reliées à la source de tension VL par les résistances 71, 72, 73 de terminaison de ligne, ainsi qu'aux canaux source-drain de deux transistors, respectivement 101 et 111, 102 et 112, 103 et 113. L'autre extrémité des canaux des transistors 101, 102, 103, respectivement 111, 112, 113, est connectée par l'intermédiaire des transistors d'échantillonnage 100, respectivement 110, reliées aux condensateurs 104, respectivement 114, qui sont connectés aux entrées différentielles d'un circuit de traitement de signal 120, qui fournit le signal logique PH à sa sortie. Les signaux logiques de commande A, B, C, D, E, F enclenchant les configurations de mesure a, b, c, d, e, f décrites plus haut, sont activés un à un en séquence.
Ces signaux logiques de commande sont combinés en expressions logiques "OU" dans la fig. 2: par exemple (A+D) signifie "A OU B". Les signaux combinés (A+D), (B+E), (C+F) commandent une entrée des portes "ET" 51, 52, 53. Les signaux combinés (B+C), (F+A), (D+E), (E+F), (C+D), (A+B) commandent respectivement les grilles des transistors 101, 102, 103, 111, 112, 113. Les deux autres signaux logiques de commande sont les impulsions d'écriture WR et de lecture RD, activées une fois pendant chaque configuration de mesure a, b, c, d, e et f. Le signal WR commande les entrées restantes des portes "ET" 51, 52, 53.
Le signal RD commande les grilles des transistors d'échantillonnage 100 et 110.
[0032] Le signal de commande A, B, C, D, E, ou F activé sélectionne une des portes "ET" 51, 52, 53 et relie deux des conducteurs induits en série aux transistors échantillonneurs 100 et 110 respectivement au travers d'un des transistors 101, 102 ou 103, et d'un des transistors 111, 112 ou 113. L'impulsion d'écriture WR active alors la porte "ET" sélectionnée, qui par l'intermédiaire d'un des transistors 61, 62 ou 63 met l'extrémité d'un conducteur inducteur 210, 220 ou 230 à la masse. L'autre extrémité étant au potentiel VL, un courant circule alors dans l'inducteur, et des différences de potentiel dues au couplage induit par la règle apparaissent entre les extrémités des induits.
L'impulsion de lecture RD, activée pendant l'impulsion d'écriture WR, enclenche les transistors échantillonneurs 100 et 110, laissant les condensateurs 104 et 114 emmagasiner le potentiel des deux extrémités d'induits déjà reliées au transistors échantillonneurs. Les résistances de terminaison de ligne 71, 72, 73, reliées à une source de tension convenable, ici VL par souci d'économie, éliminent les réflexions de signaux indésirables aux extrémités 310, 320, 330 des conducteurs induits. Après un temps court de l'ordre de 20 nanosecondes l'impulsion d'écriture RD se termine la première, suivie de celle de lecture WR. Les condensateurs 104 et 114 conservent alors leur potentiel jusqu'à la prochaine impulsion de lecture.
Le circuit de traitement de signal 120 amplifie la différence de ces potentiels, élimine les perturbations harmoniques dues à l'échantillonnage, et transforme le signal sinusoïdal filtré en un signal de sortie rectangulaire PH par un comparateur. Le déphasage entre ce signal PH et un signal de référence de période identique à celle de la séquence répétitive A, B, C, D, E, F est mesuré en permanence pour tenir compte du nombre de périodes complètes parcourues. Ceci permet de calculer la position x du curseur le long de la règle, le déphasage étant une fonction linéaire de cette position.
[0033] Il est également possible, comme le montre en exemple la fig. 3A, d'avoir une exécution n'ayant que deux conducteurs inducteurs (42a, 42b et 44a, 44b) et deux conducteurs induits (41a, 41b et 43 a, 43b) sur le curseur.
Chaque conducteur forme un zigzag aller-retour, c'est-à-dire une série de boucles équivalant à autant de boucles fermées de courant. Pour plus de clarté, il n'est montré à la fig. 3A qu'une telle boucle par conducteur, constituée d'un lacet "aller" (suffixe a) et d'un lacet "retour" (suffixe b) le long du chemin de mesure.
La règle (10) est aussi représentée par une de ses boucles conductrices.
[0034] Pour que le couplage, ou rapport de transformation, de chaque conducteur inducteur à chaque conducteur induit via la règle varie uniformément en fonction de x, il faut que le décalage absolu mesuré selon x soit le même entre chaque zigzag inducteur et chaque zigzag induit, puisque le couplage, étant le produit des couplages inducteur-règle et règle-induit, est constant pour un décalage donné entre conducteur inducteur et induit et pour un décalage donné d'une boucle de la règle par rapport à ces deux conducteurs. Dans l'exemple de la fig. 3A, les deux zigzags des conducteurs inducteurs entre eux, de même que les deux zigzags des conducteurs induits entre eux sont décalés de T/2, et les zigzags des induits sont décalés de T/4 des inducteurs.
Les quatre couplages ou rapports de transformation entre chaque conducteur inducteur et chaque conducteur induit sont les suivants:
couplage M21: entre le conducteur inducteur 42a, 42b et le conducteur induit 41a, 41b,
couplage M23: entre le conducteur inducteur 42a, 42b et le conducteur induit 43a, 43b,
couplage M43: entre le conducteur inducteur 44a, 44b et le conducteur induit 43 a, 43b,
couplage M41: entre le conducteur inducteur 44a, 44b et le conducteur induit 41a, 41b.
[0035] La fig. 3B représente les couplages ou rapports de transformation M21, M23, M43 et -M41 en ordonnée (M), en fonction de la position du curseur sur la règle le long du chemin de mesure, en abscisse (x). La position du curseur sur la règle de la fig. 3A est représentée par la ligne en pointillé dans la fig. 3B.
Pour cette position, les couplages M21 et -M41 sont nuls à cause de l'absence de couplage entre la règle 10 et le conducteur induit 41a, 41b, décalés de T/2 dans la fig. 3A.
[0036] La polarité du couplage ou du rapport de transformation M41 est inversée (-M41) dans la fig. 3B. En effet, en tenant compte de la polarité des boucles des zigzags, donnée par les connexions des conducteurs au circuit électronique et montrée par des flèches dans la fig. 3A, le décalage entre boucles inductrices et induites égale T/4 pour les couplages M21, M23, M43, mais est de 5T/4 pour M41. Pour avoir quatre décalages égaux à T/4, le zigzag inducteur 44 ou le zigzag induit 41 doivent être décalés électriquement de T pendant la mesure du couplage M41. Ceci revient à inverser les connexions de l'inducteur 44 ou de l'induit 41, donc à mesurer le couplage inversé -M41.
Plus généralement, quelle que soit la polarité de chaque boucle, la géométrie de conducteurs décrite ci-dessus et montrée à la fig. 3A donnera toujours des décalages égaux entre boucles inductrices et induites pour les quatre mesures de couplage, si pour l'une d'entre elles la polarité est inversée, par exemple en inversant les connexions d'un conducteur pour une mesure.
[0037] Leur polarité de mesure correcte ainsi fixée, les couplages ou rapports de transformation M21, M23, M43 et -M41 représentés en fonction de la position x du curseur le long de la règle dans la fig. 3 sont alors quatre sinusoïdes de période T décalées entre elles de T/4, avec la même amplitude et la même composante continue, comme ils sont tous mesurés entre zigzags inducteurs et induits décalés de la même distance T/4, en tenant compte de la polarité des boucles du zigzag.
La position x du curseur sur la règle peut alors être dérivée aisément de ces couplages, par exemple comme suit: la dite composante continue peut être rejetée en mesurant séquentiellement les quatre couplages en séquence répétitive et en l'éliminant par filtrage, pour avoir une sinusoïde échantillonnée dont la phase est proportionnelle à x.
[0038] Avec un tel curseur ne comportant que deux conducteurs inducteurs et deux conducteurs induits, il est facile, par une disposition symétrique, d'appairer les inductances et plus généralement les caractéristiques de ligne de transmission des deux conducteurs imbriqués de chaque groupe pour avoir des couplages uniformes, assurant une meilleure précision de mesure.
[0039] La règle 10 en échelle montrée à la fig. 1 peut être réalisée également en circuit imprimé, comme le montre la fig. 4A.
Le substrat peut être diélectrique ou ferromagnétique: dans ce dernier cas, on peut avoir une amélioration du signal couplé, même pour un substrat conducteur, comme c'est le cas pour certains aciers, dont les propriétés mécaniques peuvent être intéressantes. Sur un substrat, le conducteur peut consister en une série de boucles mutuellement isolées, comme à la fig. 4B: l'avantage est que le couplages le long de la règle est empêché. Si par contre les groupes de conducteurs inducteurs et induits du curseur ne sont pas côte à côte mais se suivent l'un l'autre, par exemple pour limiter la largeur du capteur, le signal doit être couplé tout le long de la règle. C'est le cas pour la règle de la fig. 4C, dont le conducteur forme un zigzag aller-retour utilisant deux couches de métal, dont l'une est représenté en pointillé.
Une autre exécution limitant l'encombrement latéral et idéale pour des palpeurs cylindriques est montrée à la fig. 4D: une règle 10 et un curseur 20 cylindriques et coaxiaux, pour des déplacements axiaux. Les groupes de conducteurs imbriqués dont les périmètres sont indiqués en pointillé, s'étendent côte à côte sur le curseur 20, occupant la même portion de l'axe, et les conducteurs de la règle 10 sont des anneaux coaxiaux distants de T: le diamètre peut être petit et la mesure est insensible à la rotation autour de l'axe. D'autres modes d'exécution conviennent pour des capteurs rotatifs, par exemple la règle en forme de disque avec un conducteur en zigzag de la fig. 4E.
[0040] L'invention n'est bien sûr pas limitée aux modes d'exécution et variantes ci-dessus, qui concernent majoritairement des capteurs dont la règle est plus longue que le curseur.
Mais ces exécutions fonctionneraient aussi avec des règles plus courtes, ne comportant à la limite qu'une seule boucle conductrice, à condition que les conducteurs de la règle restent bien en-deçà des extrémités des conducteurs du curseur pour tout le domaine de mesure.
The present invention relates to an inductive position sensor comprising a rule and a slider movable relative to each other along a measurement path, the rule comprising one or more conductors forming a series of conductive loops spaced by a pitch T along the path, the slider having inductive and induced conductors, connected to an electronic measuring circuit and each forming a series of alternating direction laces spaced apart by a pitch T along the path.
Patent CH 690 933 discloses an inductive position sensor comprising the features of the preamble of claim 1. The position between the ruler and the cursor along the path is determined by the measurement of the coupling between the inductor and the inductor conductors. slider through rule drivers.
The magnetic fields generated and detected by the drivers of the cursor and the ruler of such a sensor have alternating polarity at each step T along the measurement path. This sensor is insensitive to magnetic fields of uniform intensity and direction, as generated by sources external to the sensor, the current they induce in two laces of alternating direction being zero.
In a first embodiment described in the cited patent, the slider conductors are separated, strongly attenuating the direct coupling between inductive conductors and induced slider. But, as each driver is vis-à-vis only a fraction of the surface of the ruler facing the slider, the coupling between inductive conductors and induced slider through the conductors of the ruler are also reduced .
In addition, alignment errors between the rule and the slider cause inequalities between these couplings and distort the measurement.
In a second embodiment described in the cited patent the drivers of the cursor are all nested: as each driver of the cursor faces the entire surface of the rule opposite the cursor, the coupling between inductive conductors and inductors of the slider through rule drivers reach their maximum level. Misalignment errors between rule and slider influence the measurement only slightly, the couplings being all affected here in a substantially equal way.
But direct couplings between the cursor's conductors are important and give rise to measurement errors all the greater as the couplings by the rule will be small, so that the difference between cursor and rule will be large.
In order to arrive at a better measuring accuracy and independent of said deviation, it is necessary to make the direct couplings negligible compared to the couplings by the rule, and the latter must remain insensitive to alignment errors between the rule and the slider.
For these purposes, the present invention is characterized in that the slider conductors are arranged in at least a first group and at least a second group separated from the first group, each group having N conductors nested in each other and shifted by a multiple of T / N,
the first group being formed of the inductive conductors and the second group being formed of the induced conductors, the coupling between inductive and induced conductors of the first and second groups being through the conductor or conductors of the rule.
These characteristics make it possible to obtain a sensor that is much less sensitive to variations in the gap between the cursor and the ruler, by eliminating harmful direct couplings between drivers of the cursor while maintaining the couplings by the ruler at half of their maximum level. The separate groups of N conductors allow to activate N configurations, identical but shifted by T / N, of at least one inductive conductor and an armature.
The absence of direct couplings as well as more uniform coupling via the rule, obtained by grouping together the inductive conductors on the one hand and the inductors on the other, makes the periodic couplings more uniform as a function of the position x in these N configurations, which allows to determine the latter more accurately, even for relatively large differences between rule and slider.
Optimally, the conductors of each of the two groups of the cursor form meanders or zigzags back and forth along the measurement path. The direct magnetic coupling between an inducing round-trip zigzag and an inductor decreases sharply with their distance, since each forms a series of induction loops or induced quasi-closed loops of alternating polarity, the effects of which tend to compensate for each other.
In addition, since a round-trip zigzag is a closed line, it can be interrupted anywhere to be connected to the measurement circuit by a pair of closely spaced conductors whose contribution to the inductance, and thus to the coupling, is negligible. . For a given separation between the inducing and induced groups, the difference between rule and cursor can therefore vary more, allowing a simpler alignment of the cursor along the rule.
In a preferred embodiment, the rule comprises a series of closed conductive loops, and the first and second groups of inductive and induced conductors of the cursor are located side by side along the same section of the measurement path.
The currents induced in the ruler therefore propagate across the measurement path rather than along it, making the sensor insensitive to magnetic fields acting in the portion of the ruler not facing the slider.
In such an embodiment, a group of conductors can extend beyond each other in each direction along the measurement path, which gives a uniform coupling by the rule on the whole extent. of the shorter group, therefore also between any inductive conductor and any induced conductor having the same offset along the path x.
In a preferred embodiment of a sensor according to the invention, the cursor comprises three inductive conductors and three induced conductors, the zigzags of the inductor conductors and those of the inductors being offset from each other by T / 3,
according to the measurement path, the position according to the measurement path of each inductive conductor coinciding with that of an induced conductor. An electronic circuit measures the coupling of each inductive conductor to the two induced conductors offset therefrom and connected in series, so as to be equivalent to that of a virtual induced conductor located in-between, and thus offset by T / 2 from inductive conductor. This eliminates the DC component of the coupling as a function of the position. The zigzags having an approximately sinusoidal shape of period 2T, thus obtaining three sinusoidal signals of period T as a function of the position x, shifted between them by T / 3.
With the complementary signals obtained by inverting, for example, the polarity of the induced conductors, a repetitive sequence of six signals is obtained, whose periodic couplings as a function of the position x of the slider with respect to the rule are progressively offset from each other by T / 6. .
The electronic circuit is therefore arranged to activate in repetitive sequence six configurations of an inductor conductor and two induced conductors connected in series, whose couplings as a function of the position of the cursor along the measurement path are progressively shifted. T / 6,
the phase difference between the fundamental component of the repetitive sequence of the sampled measurements and a reference signal being a linear function of the position along the path.
In another embodiment of a sensor according to the invention, the slider comprises two inductor conductors and two induced conductors, the zigzags of the two inductor conductors and those of the two induced conductors being offset from each other. / 2 according to the measurement path, the zigzags of the inductive and induced conductors being offset from each other by T / 4 along the measuring path.
The electronic circuit is preferably arranged to measure the four couplings of each inductive conductor to each induced conductor via the rule,
the measurement polarity of each coupling being set so that the four couplings measured as a function of the position of the cursor along the rule are four sinusoids of period T progressively shifted by T / 4, having the same amplitude and the same DC component.
This continuous component can be rejected, for example by sequentially measuring these four couplings.
The symmetry between the two inductor conductors, and between the two inductors, facilitates the pairing of the inductances and the transmission line behaviors necessary for a uniform coupling between the inductive and induced conductors.
Several modes of execution of the rule are advantageous: the rule may consist of a ladder conducting structure, each step is common to two conductive loops closed by the amounts and neighboring steps. It can consist of a printed circuit on an insulating or ferromagnetic substrate: it is then possible to have one or more separate conductive loops, to further reduce the couplings along the rule.
On the other hand, if the inductive and induced conductors of the cursor are not side by side but follow each other, the couplings are transmitted along the ruler, for example by means of a zig-zag conductor going back and forth. . The ruler and the slider may be cylindrical with axial displacement, the rule conductors being rings, the inductor and induced conductors of the slider being side by side, hence a small diameter and a measurement insensitive to axial rotation.
For a rotation sensor, the driver of the ruler can be a zigzag closed on itself.
Other advantages emerge from the features expressed in the dependent claims and the description explaining hereinafter the invention in more detail with the aid of drawings showing schematically and by way of example preferred embodiments.
<tb> Fig. 1 <sep> shows as an example the rule and the cursor of a sensor according to the invention.
<tb> Fig. 2 <sep> schematically represents as an example an electronic circuit for measuring a sensor according to the invention.
<tb> Figs. 3A and 3B <sep> show a configuration of two inductor conductors and two induced conductors of a sensor according to the invention and the couplings between them according to the position of the cursor along the ruler.
<tb> Figs. 4A to 4E <sep> show different rules for sensors according to the invention.
The rule 10 and the movable slider 20 of a sensor according to the invention are shown in FIG. 1; they move relative to each other along a measuring path x, here rectilinear. The surface of the slider 20 opposite the ruler is shown, along with a portion of the ruler 10 only, so that the slider 20 remains visible. The planes of the surfaces facing the rule 10 and the slider 20 are parallel to the plane of the figure.
Rule 10 is a conductor-shaped ribbon whose rungs 11 are spaced a pitch T, giving rise to a series of conductive loops also spaced T.
Each conductive loop closes on itself around an opening 12 between two rungs 11.
The slider 20 has two groups of N = 3 nested conductors, each conductor forming a zigzag of a spatial period of 2T, the successive laces of alternating directions are spaced from the pitch T along the path. The inductive conductors 21, 22, 23 form a group, and the induced conductors 31, 32, 33 constitute the other. These two groups are arranged side by side along the measuring path x.
Alternatively, in cases where the rule is formed of a closed zigzag conductor, the two groups can follow each other along the measurement path x, since the currents induced in the rule also circulate along it. .
But in the following description, the rule has a series of closed conductive loops and the nested driver groups of the cursor are side by side. The advantages of such a mode of execution are the degree of coupling independent of the length of the rule and the insensitivity to the currents induced in the part of the rule located outside the cursor, these circulating across the path rather than along it.
The coupling of an inductive conductor 21, 22 or 23 to an armature 31, 32 or 33 is via the conductors of the rule.
Since an inductive conductor forms a series of laces of alternating direction, the coupling of an inductive conductor to a loop of the rule is periodic as a function of the position x, of period 2T, since it is maximum at each step T, when the laces of the inductive conductor are facing a loop of the rule, and the polarity of the coupling changes from one lace to the next. The currents induced in the adjacent loops of the rule also have opposite polarities. In the rule 10 in scale of FIG. 1 the direction of the current alternates from step to step. By analogy, the coupling of a loop of the rule to an induced conductor as a function of x is also periodic with a period of 2T.
The coupling of an inductive conductor to a rule-induced armature as a function of position x is the product of these two couplings having a period of 2T as a function of x: it will thus also be a periodic function of x, but of period T The coupling of another inductive conductor, shifted from T / N, here T / 3, from the previous one, to another induced conductor, also shifted by T / 3 from the previous one, will be the same function of period T according to x, shifted from T / 3 of the previous one. This, as long as the contribution of the direct couplings of the inductors to the induced ones remains negligible.
To improve the coupling by the rule 10 and especially to greatly reduce the direct coupling, the conductors 21, 22, 23, 31, 32, 33 of the cursor form along the measurement path x zigzags back and forth.
The direct magnetic coupling between an inductive round-trip zigzag and an inductor greatly decreases with their distance, since each forms a series of induction or quasi-closed induction loops of alternating polarity whose coupling contributions tend to offset each other. . In addition, a round-trip zigzag forms a closed path on itself and can therefore be connected to the measurement circuit by two closely spaced conductors whose contribution to the inductance and therefore to the coupling is negligible.
In other words, the inductive return zigzag conductors 21, 22, 23 therefore have very small fields outside their perimeter, since the effects of the opposite direction of rotation current loops formed by the path compensate for it, and the induced conductors 31, 32, 33 of the same shape are insensitive to external fields, which tend to be homogeneous in the zone of the inductors. The connections to the electronic measuring circuit are made by two-wire lines from the ends 210-211, 220-221, 230-231, 310-311, 320-321, 330-331 of the conductors 21, 22, 23, 31, 32, 33 respectively.
For the measurement to be accurate, it is necessary that the couplings via the rule of any inductive conductor to any induced conductor having the same offset with respect to the path x are uniform.
This is the case when the path x is a circle and the inductive and induced conductors occupy all the periphery. This is also the case for a rectilinear path, if a group of nested cursor conductors extends well beyond the other in both directions along the measurement path x, which gives a uniform coupling by the rule over the whole range of the shorter group, so also between any inductive conductor and any induced conductor having the same offset along the path x.
In the embodiment shown in FIG. 1 it is the group of inductive conductors 21, 22, 23 which is longer than that of the induced conductors 31, 32, 33: the spatially periodic electromagnetic fields of the inductive conductors 21, 22, 23, and consequently those of the rule 10, therefore have a constant amplitude over the extent of the induced conductors, ensuring a uniform coupling, provided that each inductor 31, 32, 33 has the same extent, which is the case here.
The insensitivity of a sensor according to the invention to liquids (water, oil, ink), dust, electric and magnetic fields, and its tolerance to errors of deviation and alignment between cursor and rule, allows it to be used in most cases without protection and without shielding, and with a simple external guidance:
the costs of installation and use of such a sensor are minimal, which predestined for low-cost applications. It is therefore necessary that the dimensioning of the sensor is compatible with an economical manufacturing process while ensuring sufficient measurement accuracy. The pitch T must not be too big, to limit the interpolation error, which increases with T, nor too small, so as not to limit too much the difference between the rule and the slider, the coupling of the inductive conductors via the rule the induces decreasing by half for an increase in gap between slider and rule of 0.11 T. For an accuracy of a few micrometers and a difference of a few tenths of a millimeter, a pitch T of one to two millimeters is optimal.
For a printed circuit of the cursor, the number N of conductors per group must be low so that the spacing T / N of two neighboring lines remains reasonable and incidentally to reduce the number of connections to the measurement electronics. The slider 20 of FIG. 1 only N = 3 drivers per group.
For a sensor according to the invention, the coupling between the cursor conductors by the rule according to the position x is periodic, of period equal to pitch T. The conductors (21 to 23, 31 to 33) zigzag of the slider 20 shown in FIG. 1 have a shape close to a sinusoid of period 2T: the coupling as a function of the position x of an inductive conductor to the rule, as well as of the rule to an induced conductor, is therefore practically a sinusoid, of period 2T equal to that of a zigzag.
The coupling as a function of the position x of an inductive conductor via the rule to an induced conductor is therefore the product of two such sinuses of period 2T, that is to say a sinusoid of period T plus a continuous component which cancels if the inductive and induced conductor are shifted by T / 2, which is the case in this execution.
It should be noted here that the residual harmonic components of the coupling as a function of the path x attenuate strongly with the difference between rule and cursor:
a gap increase can therefore improve the linearity as long as the effect of the direct couplings remains negligible.
The three inductor conductors 21, 22, 23, offset from each other by T / 3, and the three induced conductors 31, 32, 33, also offset from each other by T / 3, respectively having the same position in a pitch T along the measurement path x, two inductors must be combined into a single armature equivalent to a virtual armature offset from the inductor of T / 2, in order to eliminate the DC component of the coupling. For the inductive conductor 21, the corresponding virtual armature, located between the induced conductors 32 and 33, is obtained by connecting the latter in series by their ends 321 and 331, the signal being measured between the ends 320 and 330 (configuration a) .
Similarly for the inductor conductor 22, the induced conductors 33 and 31 are connected in series by their ends 331 and 311 (configuration e) and for the inductive conductor 23, the induced conductors 31 and 32 are connected in series by their ends 311 and 321 (configuration c).
These three coupling configurations are shifted together by 2T / 3 along the path x. The three sinusoidal couplings as a function of x are thus also shifted between them by 2T / 3, or T / 3 in the other direction, as their period is T. The inverse measurements are made with the configurations d, b, f, having the same inductor and inductor conductors connected in series as the measurements a, e, c, respectively, but by reversing the connections of the inductances connected to the measuring circuit, which has the effect of shifting their coupling functions of T / 2 .
This is only the case because here the continuous component of the aforementioned coupling is zero. We finally obtain the following six configurations, whose sinusoidal couplings as a function of x are gradually shifted by T / 6:
a): inductor 21, induced 32 and 33 in series,
b): inductor 22, induced 31 and 33 in series,
c): inductor 23, induced 31 and 32 in series,
d): inductor 21, induced 33 and 32 in series,
e): inductor 22, induced 33 and 31 in series,
f):
inductor 23, induced 32 and 31 in series.
By measuring the coupling of the configurations a, b, c, d, e, f in repeated sequence, we thus obtain a sampled sinusoidal signal whose period in the absence of displacement between cursor and rule is equal to that of the sequence, and whose phase, with respect to that of a signal having the same period as the sequence, has a linear relationship with the position x of the cursor with respect to the rule along the measurement path.
The electronic measuring circuit shown schematically in FIG. 2 is connected to the inductive conductors 21, 22, 23 and induced 31, 32, 33 of the slider. Rule 10 is symbolically represented as a coupling element in FIG. 2 by one of its conductive loops, drawn in dotted line.
The electronic circuit is made in CMOS technology, the transistors 61 to 63, 100 to 103, 110 to 113 being enriched N-channel FETs. The ends 211, 221, 231 of the inductive conductors 21, 22, 23 are connected to the voltage source VL as well as to a capacitor 40 maintaining a low impedance also at high frequencies. The other ends 210, 220, 230 of the inductor conductors are respectively connected to the drains of the transistors 61, 62, 63, whose sources are grounded and whose gates are respectively connected to the outputs of the logic gates "AND" 51, 52, 53.
The ends 311, 321, 331 of the induced conductors 31, 32, 33 are connected together, the other connections 310, 320, 330 being each connected to the voltage source VL by the line termination resistors 71, 72, 73, and as the source-drain channels of two transistors, respectively 101 and 111, 102 and 112, 103 and 113. The other end of the channels of the transistors 101, 102, 103, respectively 111, 112, 113, is connected by the intermediate sampling transistors 100, respectively 110, connected to the capacitors 104, 114 respectively, which are connected to the differential inputs of a signal processing circuit 120, which provides the logic signal PH at its output. The logic control signals A, B, C, D, E, F engaging the measurement configurations a, b, c, d, e, f described above are activated one by one in sequence.
These logic control signals are combined into "OR" logical expressions in FIG. 2: for example (A + D) means "A OR B". The combined signals (A + D), (B + E), (C + F) control an input of the "AND" gates 51, 52, 53. The combined signals (B + C), (F + A), ( D + E), (E + F), (C + D), (A + B) respectively control the gates of the transistors 101, 102, 103, 111, 112, 113. The two other logic control signals are the pulses write WR and RD read, activated once during each measurement configuration a, b, c, d, e and f. The signal WR controls the remaining inputs of the "AND" gates 51, 52, 53.
The RD signal controls the gates of the sampling transistors 100 and 110.
The control signal A, B, C, D, E, or activated F selects one of the "AND" gates 51, 52, 53 and connects two of the leads induced in series to the sample transistors 100 and 110 respectively through one of the transistors 101, 102 or 103, and one of the transistors 111, 112 or 113. The write pulse WR then activates the selected "AND" gate, which by means of one of the transistors 61, 62 or 63 puts the end of an inductor conductor 210, 220 or 230 to ground. The other end being at the potential VL, a current then flows in the inductor, and potential differences due to the coupling induced by the rule appear between the ends of the armatures.
The read pulse RD, activated during the write pulse WR, triggers the sample transistors 100 and 110, leaving the capacitors 104 and 114 store the potential of the two ends of the inductors already connected to the sample transistors. The line termination resistors 71, 72, 73, connected to a suitable voltage source, here VL for the sake of economy, eliminate unwanted signal reflections at the ends 310, 320, 330 of the induced conductors. After a short time of the order of 20 nanoseconds, the write pulse RD ends first, followed by that of reading WR. Capacitors 104 and 114 then retain their potential until the next read pulse.
The signal processing circuit 120 amplifies the difference of these potentials, eliminates harmonic disturbances due to sampling, and transforms the filtered sine signal into a rectangular output signal PH by a comparator. The phase difference between this signal PH and a reference signal of the same period as that of the repetitive sequence A, B, C, D, E, F is measured continuously to take into account the number of complete periods traveled. This makes it possible to calculate the x position of the cursor along the ruler, the phase shift being a linear function of this position.
It is also possible, as shown in FIG. 3A, having an embodiment having only two inductor conductors (42a, 42b and 44a, 44b) and two induced conductors (41a, 41b and 43a, 43b) on the slider.
Each driver forms a zigzag back and forth, that is to say a series of loops equivalent to as many closed loops current. For clarity, it is shown in FIG. 3A such a loop by conductor, consisting of a lace "go" (suffix a) and a lace "return" (suffix b) along the measuring path.
The rule (10) is also represented by one of its conductive loops.
In order for the coupling, or transformation ratio, of each inductive conductor to each induced conductor via the rule to vary uniformly as a function of x, the absolute offset measured according to x must be the same between each inductive zigzag and each zigzag. induced, since the coupling, being the product of the inductor-rule and rule-induced couplings, is constant for a given shift between inductive and induced conductor and for a given offset of a loop of the rule with respect to these two conductors. In the example of FIG. 3A, the two zigzags of the inductive conductors to each other, as well as the two zigzags of the conductors induced between them are shifted by T / 2, and the zigzags of the inductors are shifted by T / 4 inductors.
The four couplings or transformation ratios between each inductive conductor and each induced conductor are as follows:
coupling M21: between the inductive conductor 42a, 42b and the induced conductor 41a, 41b,
coupling M23: between the inductive conductor 42a, 42b and the induced conductor 43a, 43b,
coupling M43: between the inductive conductor 44a, 44b and the induced conductor 43a, 43b,
coupling M41: between the inductive conductor 44a, 44b and the induced conductor 41a, 41b.
FIG. 3B represents the couplings or transformation ratios M21, M23, M43 and -M41 in the ordinate (M), as a function of the position of the cursor on the ruler along the measurement path, in abscissa (x). The position of the cursor on the ruler of fig. 3A is represented by the dashed line in FIG. 3B.
For this position, the couplings M21 and -M41 are zero due to the absence of coupling between the rule 10 and the induced conductor 41a, 41b, shifted by T / 2 in FIG. 3A.
The polarity of the coupling or the M41 transformation ratio is reversed (-M41) in FIG. 3B. Indeed, taking into account the polarity of the zigzags loops, given by the connections of the conductors to the electronic circuit and shown by arrows in FIG. 3A, the offset between inductive and induced loops equals T / 4 for the M21, M23, M43 couplings, but is 5T / 4 for M41. To have four offsets equal to T / 4, the inductive zigzag 44 or the induced zigzag 41 must be electrically offset from T during the M41 coupling measurement. This amounts to reversing the connections of the inductor 44 or the armature 41, so to measure the inverse coupling -M41.
More generally, whatever the polarity of each loop, the conductor geometry described above and shown in FIG. 3A will always give equal offsets between inductive and induced loops for the four coupling measurements, if for one of them the polarity is reversed, for example by inverting the connections of a conductor for a measurement.
Their correct polarity thus fixed, the couplings or transformation ratios M21, M23, M43 and -M41 shown as a function of the x position of the cursor along the ruler in FIG. 3 are then four sinusoids of period T shifted together by T / 4, with the same amplitude and the same DC component, as they are all measured between inductive and induced zigzags shifted by the same distance T / 4, taking into account the polarity of the zigzag loops.
The x position of the cursor on the ruler can then be easily derived from these couplings, for example as follows: the said DC component can be rejected by sequentially measuring the four couplings in repetitive sequence and filtering it out to have a sinusoid sampled whose phase is proportional to x.
With such a slider having only two inductor conductors and two induced conductors, it is easy, by a symmetrical arrangement, to pair the inductors and more generally the transmission line characteristics of the two nested conductors of each group to have uniform couplings, ensuring better measurement accuracy.
The scale rule 10 shown in FIG. 1 can also be performed in a printed circuit, as shown in FIG. 4A.
The substrate may be dielectric or ferromagnetic: in the latter case, an improvement in the coupled signal may be obtained, even for a conductive substrate, as is the case for certain steels, the mechanical properties of which may be of interest. On a substrate, the conductor may consist of a series of mutually isolated loops, as in FIG. 4B: the advantage is that the couplings along the rule is prevented. If, on the other hand, the groups of inductive and induced conductors of the cursor are not side by side but follow each other, for example to limit the width of the sensor, the signal must be coupled all along the rule. This is the case for the rule of fig. 4C, whose conductor forms a zigzag back and forth using two layers of metal, one of which is shown in dotted line.
Another embodiment limiting the lateral space and ideal for cylindrical probes is shown in FIG. 4D: a rule 10 and a slider 20 cylindrical and coaxial, for axial displacements. The nested driver groups whose perimeters are indicated in dotted lines extend side by side on the slider 20, occupying the same portion of the axis, and the ruler conductors 10 are coaxial rings distant from T: the diameter can be small and the measurement is insensitive to rotation around the axis. Other embodiments are suitable for rotary sensors, for example the disk-shaped ruler with a zigzag conductor of FIG. 4E.
The invention is of course not limited to the embodiments and variants above, which mainly relate to sensors whose rule is longer than the cursor.
But these executions would also work with shorter rules, with only one conductive loop at the limit, provided that the rule conductors remain well below the ends of the cursor conductors for the entire measurement range.