EP1782086A1 - Capteur de champ magnetique et module elementaire incorporant ce capteur - Google Patents

Capteur de champ magnetique et module elementaire incorporant ce capteur

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Publication number
EP1782086A1
EP1782086A1 EP05798189A EP05798189A EP1782086A1 EP 1782086 A1 EP1782086 A1 EP 1782086A1 EP 05798189 A EP05798189 A EP 05798189A EP 05798189 A EP05798189 A EP 05798189A EP 1782086 A1 EP1782086 A1 EP 1782086A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
sensor
amplifier
magnetic field
inductor
sensor according
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
EP05798189A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Christophe Dolabdjian
Laurent Perez
Laurent Butin
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Ensi Caen
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Caen Normandie
Original Assignee
Ensi Caen
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Universite de Caen Normandie
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ensi Caen, Centre National de la Recherche Scientifique CNRS, Universite de Caen Normandie filed Critical Ensi Caen
Publication of EP1782086A1 publication Critical patent/EP1782086A1/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/06—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using galvano-magnetic devices
    • G01R33/09—Magnetoresistive devices

Definitions

  • the invention relates to a magnetic field sensor and an elementary module incorporating this sensor.
  • Known sensors comprise: a transducer for transforming a magnetic field to be measured into an electrical quantity,
  • reaction inductor capable of bringing an external magnetic field closer to a reference value
  • integrated linear amplifier capable of amplifying the electrical quantity
  • this loop having two ends, one of which is connected to an output of the amplifier.
  • the end of the main feedback loop is connected directly to one of the inputs of the amplifier so as to perform a voltage and current feedback that fixes the gain of this amplifier and therefore of the sensor.
  • the aim of the invention is to remedy this drawback by proposing a simpler magnetic field sensor.
  • the invention therefore relates to a sensor characterized in that the other end of the main feedback loop is connected to the reaction inductor.
  • the above sensor is simpler because the main feedback loop designed to fix the gain of the sensor and the feedback loop to fix the transfer function of this sensor are here combined. Thus one and the same feedback loop fulfills both functions.
  • the embodiments of this sensor may include one or more of the following features: - a single integrated linear amplifier;
  • the amplifier comprises first and second inputs, the first input being connected to the transducer for receiving the electrical quantity, and the sensor comprises a control terminal suitable for receiving an operating instruction, this control terminal being connected to the second amplifier input to set an operating point of the sensor;
  • a reset terminal adapted to receive a reset signal from the amplifier, this reset terminal being connected to one of the inputs of the amplifier for desaturating the amplifier in response to the reset signal; at least one control terminal capable of receiving a control signal, this control terminal being connected to the feedback inductor for varying the magnetic field induced by this inductor as a function of the control signal;
  • this secondary feedback loop capable of stabilizing the operation of the amplifier in response to parasitic disturbances, this secondary feedback loop comprising only a capacitor; the main feedback loop has only one resistor;
  • the transducer is arranged to form a half-Wheatstone bridge having a midpoint, this midpoint being connected to an input of the amplifier;
  • the transducer comprises at least one giant magnetoresistance and / or a giant magneto-impedance.
  • the subject of the invention is also an elementary module comprising:
  • a secondary inductor capable of generating a magnetic field penetrating a room to be controlled, the secondary inductor being integral with the sensor.
  • the embodiments of this elementary module may comprise one or more of the following characteristics: the sensor has a preferred direction of measurement, the secondary inductor has a magnetic axis directed towards the part to be controlled, this magnetic axis being coincident with the direction preferential measurement.
  • FIG. 1 is a schematic perspective illustration of the architecture of a system fault detection in a test room
  • FIG. 2 is an electronic diagram of a magnetic field sensor used in the system of FIG. 1,
  • FIG. 3 is a perspective illustration of a transducer used in the sensor of FIG. 2,
  • FIG. 4 is a schematic illustration of a control unit used in the system of FIG. 1,
  • FIG. 5 is a flowchart of a fault detection method in a room to be checked
  • FIG. 6 is an electronic diagram of another embodiment of a sensor that can be used in the system of FIG. 1.
  • FIG. 1 represents a system, designated by the general reference 2, of fault detection in a part 4 to be checked.
  • Part 4 is a conductive or weakly conductive or magnetic part.
  • the piece 4 is for example a metal section formed of a horizontal parallelepiped 6 and a rib 8 projecting on the upper face of the parallelepiped 6.
  • Such a part 4 may have numerous defects that could disturb the flow of an eddy current in this part. These defects may be emergent cracks or not.
  • the upper surface of the part 4 comprises a conductivity break represented by an emergent crack 10.
  • the system 2 comprises a main inductor 20 connected to a controllable source 22 of alternating current.
  • the main inductor 20 is here formed of a loop of conductive material extending mainly in a plane parallel to the upper surface of the parallelepiped 6. By virtue of this, the inductor 20 is capable of creating a main magnetic field penetrating into the piece 4 to generate eddy currents in this piece.
  • the source 22 is able to modify the frequency or the amplitude of the alternating current flowing in the inductor 20 so as to modify the sensitivity of the system vis-à-vis defects buried deep in the room 4.
  • System 2 comprises a plurality of magnetic field sensors for measuring the magnetic fields induced by the eddy currents flowing in room 4.
  • sensors 24 to 27 are shown. These sensors are, for example, all identical and only the sensor 24 will be described in more detail later.
  • the sensor 24 has a preferred direction of measurement facing the upper surface of the part 4.
  • the sensors are connected via a control bus 30 and measuring channels 32 to a control unit 34 of the system 2.
  • the unit 34 will be described in more detail with reference to FIG.
  • Each sensor 24 to 27 is associated with a respective secondary inductor 40 to 43.
  • Each secondary inductor is able to create a magnetic field penetrating into the room to be controlled to generate eddy currents in this room.
  • these secondary inductors are identical to each other and only the inductor 40 will be described here in detail.
  • the inductor 40 is, for example, formed of a cylindrical coil whose winding axis is perpendicular to the surface of the part 4.
  • the coil 40 is placed relative to the sensor 24 so that its axis winding is aligned with the preferred direction of measurement of the sensor 24.
  • each secondary inductor is disposed within a surface delimited by the main inductor 20.
  • These secondary inductors are connected to a controllable source 46 of alternating current. This source 46 is able to vary the frequency and amplitude of the current to modify the sensitivity of the system 2.
  • Each secondary inductor is integral with the sensor with which it is associated. This set formed by a sensor and its secondary inductor is called, here, "elementary module".
  • Each elementary module of the system 2 is removable and mechanically independent of the other elementary modules.
  • the system 2 thus also comprises mechanical means of assembly / disassembly of these elementary modules together.
  • these assembly / disassembly means comprise a fixing support 50 on which the elementary modules are fixed by means of screws or any other appropriate securing means.
  • FIG. 2 represents the electronic diagram of the sensor 24.
  • This sensor 24 comprises:
  • transducer 60 for transforming a magnetic field into an electrical quantity
  • an integrated linear amplifier 62 for amplifying the electrical quantity delivered by the transducer 60
  • a main feedback loop 64 for fixing the bulk of the gain of the amplifier 62 a secondary feedback loop 66 for stabilizing the closed-loop transfer function of the amplifier 62,
  • a feedback inductor 68 capable of generating a magnetic field B r designed to be superimposed in the opposite direction to an external magnetic field B ext.
  • the field B ext is, for example, induced by eddy currents.
  • the transducer 60 is here, for example, formed of two giant magnetoresistances or GMR 70 and 72 arranged to form a half-Wheatstone bridge.
  • This half-bridge Wheatstone has a midpoint 74 connected to a non-inverting input 76 of the amplifier 62.
  • the ends of the magnetoresistors 70 and 72 not connected to the midpoint are respectively connected to a source 80 of positive voltage V cc and to a source 82 of negative voltage V dd .
  • sources 80 and 82 are adjustable so as to reduce if necessary the noise generated by the magnetoresistances.
  • the amplifier 62 has an inverting input 86 connected to a voltage adder 88.
  • the adder 88 is connected to a control terminal 90 and to a reset terminal 92.
  • the terminal 90 is intended to receive an operating setpoint for setting the operating point of the sensor 24 in an area where the transfer function of the magnetoresistors 70 and 72 is optimal in terms of signal ratio on this noise and in terms of field transfer.
  • the terminal 92 is intended to receive a reset voltage suitable for desaturating the amplifier 62.
  • the adder 88 is able to add the voltages received via the terminals 90 and 92 and to deliver the resulting voltage to the input 86 .
  • the loop 64 has an end connected directly to an output 94 of the amplifier 62 and another end directly connected to an end 96 of the inductor 68.
  • the loop 64 has a feedback resistor 98 connected between its two ends.
  • the value of the resistor 98 and the inductor 68 fix the bulk of the gain of the transfer function of the sensor 24, that is to say they contribute more than 90% and, preferably, more than 99%. %, to the value of this gain in the frequency range of the servo. This percentage is calculated with respect to the ideal case where the operational amplifier has an infinite gain.
  • the loop 66 has an end connected to the output 94 and another end connected to the input 86. This loop 66 comprises only a capacitor 102.
  • the sensor 24 comprises a control terminal 104 connected via a resistor 106 to the end 96 of the inductor 68.
  • the terminal 104 is intended to receive a known voltage V b for controlling the correct operation of the sensor. 24.
  • the senor 24 has an output terminal 108.
  • This terminal 108 delivers a field value representative of the measured magnetic field.
  • This field value is, here, a voltage V 3 or a current i s .
  • FIG. 3 shows the arrangement of the inductor 68 with respect to the transducer 60.
  • the transducer 60 is in the form of a parallelepiped having a width L and a height H less than 1 mm and preferably smaller than equal to 500 ⁇ m.
  • the length P of this parallelepiped is between 2 and 5 mm.
  • the parallelepiped contains the two magnetoresistors 70 and 72 connected in series via the midpoint
  • the inductor 68 is a cylindrical coil wound around the transducer 60 along its entire length. The windings of the coil are in direct contact with the outer surface of the transducer 60 over more than 30% of their length.
  • End faces 110 and 112 of the transducer 60 not covered by the windings of the inductor 68 include terminals 114 for connection to the power sources 80 and 82. Here, only the end face 110 is visible.
  • FIG. 4 shows in more detail the control unit 34.
  • the unit 34 controls the power sources 22 and 46.
  • it comprises a control module 120 connected to the sources 22 and 46.
  • the unit 34 comprises a controllable voltage source 122 connected to the bus 30 and an acquisition module 124 connected to the measurement channels 32. More precisely, here, the bus 32 consists of three conductors 126, 128 and 130 for each sensor. , respectively connected to the terminals 90, 92 and 104 of the sensor.
  • the measurement channels 32 are, for example, composed of four conductors each connected to a respective output terminal 108.
  • the module 124 is able to acquire the field values and then transmit them to a processing module 140 via an internal bus 142.
  • the processing module 140 is able to process the field values acquired for deduce information on a defect of the part 4. For example, here, the module 140 is able to locate a defect.
  • the unit 34 also comprises a module 150 for automatically setting a preset adjustment and, for illustrative purposes, two modules 152, 154 for balancing the field values delivered by the sensors as a function of a pre-adjustment. established in a memory 156.
  • the balancing module 152 is able to control a field generator to modify the field measured by each of the sensors according to the preset setting.
  • the module 152 uses as the field generator the secondary inductors 40 to 43.
  • the module 152 is connected to the module 120 via the bus 142.
  • the balancing module 154 is able to correct the field values acquired by the module 124 before transmitting them to the module 140 for processing.
  • the corrections are made according to the preset setting stored in the memory 156.
  • the module 150 automatically sets and saves the preset setting (s) in the memory 156.
  • the or each preset setting is determined so that in the absence of a fault, the field values processed by the module 140 are equal. For this, the setting is determined using field values acquired by the system 2 in the absence of a fault.
  • the unit 34 comprises a control module 158 and a man / machine interface.
  • the module 158 makes it possible to check the correct operation of each sensor by sending via the source 122 a control voltage V b to the terminal 104 of the sensor to be monitored. To carry out this check, the module 158 contains, for example, stored in a local memory, the value of the resistor 98 and the inductance value of the inductor 68 for each sensor.
  • the human / machine interface of the unit 34 comprises, by way of example, a key 160 for activating the module 150, a key 162 for activating the control module 158, a key 164 for activating the module. sending a reset voltage V r to the terminal 92 of each of the sensors and also a screen 166 to present to the user the results of the measurements made by the sensors and the information produced by the module 140.
  • the keys 162 and 164 are respectively connected to the modules 158 and 122.
  • the screen 166 is associated with the processing module 140 via the bus 142.
  • the key 160 is connected to the module 150 to trigger the automatic setting pre ⁇ established setting only in response to the depression of this key.
  • the user proceeds to a system calibration phase 180 for a particular room to be checked such as, for example, the room 4.
  • a system calibration phase 180 for a particular room to be checked such as, for example, the room 4.
  • the user places , in a step 182, the system 2 in its control position in front of a test piece which it is sure that it is free of defects.
  • the user depresses, in a step 184, the key 160.
  • the module 124 acquires, during a step 186, the field values delivered by each of the sensors in this position. Once this acquisition is completed, the module 150 automatically sets, during a step 188, the setting stored in the memory 156.
  • the method used to automatically set this adjustment is related to the method used to balance, when using the system 2, the field values delivered by the sensors.
  • two different methods for automatically setting the setting to be memorized are described.
  • the first method is simply to record in the memory 156 as a preset setting, the field values delivered by each of the sensors.
  • the second method consists in varying the intensity of the current in each of the secondary inductors 40 to 43 until the field values delivered by each of the sensors are equal. Indeed, by changing the intensity of the current in the secondary inductor, it also changes the field in which the transducer 60 is placed and therefore the field value delivered by the sensor.
  • the setting recorded in this case corresponds to the currents currents flowing in the secondary inductors at the time when the field values are equal. This setting for use by the module 152 is stored in the memory 156.
  • main inductor 20 generates, during a step 202, a magnetic field penetrating into part 4. This field causes the creation of eddy current in part 4. These eddy currents induce the field magnetic B ext measurable by the sensors 24 to 27.
  • the sensors 24 to 27 measure the magnetic field and deliver corresponding field values that are acquired by the module 124.
  • the module 152 and / or 154 balances, during a step 206, the field values so that, in the absence of a fault, all the field values are equal and this despite the presence of the rib 8.
  • the first and second methods can only be implemented if, respectively, the first and second methods of automatic setting of the pre-established setting have previously been implemented in phase 180.
  • the submodule 154 subtracts from the field values acquired by the module 124 the field values set in step 188 with the first method of establishment.
  • the second balancing method consists in modifying the magnetic field measured by the sensors using the secondary inductors.
  • the module 152 controls through the module 120 the secondary inductors 40 to 43 according to the setting established in step 188 using the second establishment method.
  • the magnetic fields measured by the sensors 24 to 27 are modified so that, in the absence of a fault, the field values delivered by each of the sensors 24 to 27 remain identical.
  • the balanced field values are processed by the module 140 to optimize the measurement dynamics.
  • the balanced field values are added to each other, subtracted from each other and / or compared to each other. If the sum or subtraction of the balanced field values is invariant or if the comparison of the field values indicates that they are all equal, then no fault is detected and the process returns to steps 202, 204 and 206.
  • a step 212 for processing a fault is executed.
  • the control unit 34 deactivates the primary inductor 20 and activates, during an operation 214, the secondary inductors 40 to 43 so that they generate simultaneously or one after the other a magnetic field penetrating into the part 4.
  • the sensors 24 to 27 measure, during an operation 216, the magnetic field and deliver field values and, during an operation 218, these are balanced according to the setting established in step 188.
  • the operations 216 and 218 are similar to steps 204 and 206, respectively, and are therefore not described here in greater detail. Note however that if the second balancing method is used during the operation 218, the currents required to balance the sensors flowing in the secondary inductors are superimposed on those necessary to produce a magnetic field penetrating into the part 4.
  • one or all of the sensors 24 to 27 can be reset during a step 230. More specifically, during this step 230, the user presses the button 164 and, in response, the source 122 generates a voltage V r and applies it to the terminal 92 of one or more sensors so as to desaturate the amplifier 62. In fact, if it happens that the magnetic field B r generated by the inductor 68 adds to the external field B ext ⁇ instead of being subtracted from it, the amplifier 62 is no longer stabilized by the feedback loop 64 and saturates. It is therefore necessary in this case to reset it by applying a voltage on the terminal 92.
  • the user can proceed to a step 234 for checking the correct operation of one or more sensors by pressing the key 162.
  • the module 158 commands the source 122 for applying, during an operation 236, a known voltage V b or a known control current i b on the terminal 104 of one or more sensors.
  • This voltage V b or this current i b modifies in a known manner the magnetic field B r induced by the inductor 68.
  • the module 158 calculates, during a operation 240, the variation of the expected field value in response to the application of the voltage Vb or the current i b , using for this purpose the known transfer function of the sensor. Then, during an operation 242 it compares the variation of the expected field value with that acquired. If these variations then correspond to the module 158 determines that the sensor is working properly. In the opposite case, a malfunction of the sensor is detected and the module 158 transmits this information to the screen 166 which displays it during an operation 244 or the module 158 automatically controls the source 122 to reset the faulty sensor.
  • the system 2 described here has many advantages.
  • a roughness or a defect of voluntary conductivity, such as for example the rib 8 is not detected as a defect. It is therefore possible to use the system 2 to control parts that are not flat.
  • the system 2 can also be modulated thanks to the means of assembly / disassembly of the elementary modules and thanks to its function of balancing the sensors. Therefore, it is possible to change the position of the elementary modules within the system 2 to adapt to new parts to be controlled without the need to change the control unit.
  • phase 180 is a calibration phase vis-à-vis a room without defects.
  • this phase 180 is replaced by a vacuum calibration phase.
  • This vacuum calibration phase is identical to phase 180 with the exception of step 182 which is replaced by a step in which the sensors are placed in a position where there are no conductive or magnetic parts to control .
  • system 2 has been described in the particular case where it comprises all the elements necessary to implement the first and second methods of establishing an automatic adjustment and the first and second balancing methods. However, preferably only one of these methods is implemented. For example, if only the first automatic setup method and the first balancing method are implemented, the secondary inductors are not used to calibrate the system or to balance the field values. If only the second methods of automatic tuning and balancing are implemented, the module 154 can be removed.
  • the sensors 24 to 27 have been described in the particular case where their transfer functions are fixed in their designs.
  • the transfer function of each sensor is adjustable by a transfer function adjustment module integrated, for example, to the control unit 34.
  • the value of the resistor 98 of each sensor is modifiable by this adjustment module.
  • the first and / or the second balancing method is replaced by a third balancing method consisting in modifying the transfer function of each sensor so that, at rest, the field values delivered by each of these sensors are equal.
  • the pre-established settings used by this balancing module are made using a third setting method of varying the transfer function of the sensors until the field values in the absence of defect are equal.
  • the preset setting stored in the memory 156 is the value of the resistors 98 to be adjusted.
  • each sensor is associated with several secondary inductors.
  • the winding axis of the inductor 40 is not necessarily perpendicular to the surface of the part to be controlled nor aligned with the preferred direction of measurement of the sensor with which it is associated.
  • the reset voltage V r is used to reset a sensor.
  • this reset voltage is used to disable a sensor by continuously saturating it.
  • the operation of the system 2 has been described in the particular case where the main inductor 20 is first activated and then deactivated when the secondary inductors are used.
  • the main inductor and the secondary inductors are simultaneously activated and used.
  • the system 2 has been described in the preferred case where the latter uses sensors such as those described with reference to FIG. 2.
  • other sensors may be used such as, for example, Hall effect or magnetoimpedance sensors. giant (GMI).
  • GMI giant
  • the sensor described with reference to Figure 2 has many advantages. In particular, the use of a half bridge Wheatstone significantly simplifies the structure of the sensor and to achieve the structure described in Figure 2. Under these conditions, the gain of the amplifier 62 may be important.
  • Such an embodiment is better than a complete Wheatstone bridge because in a complete bridge there is always a balancing fault even in the absence of external stresses, which means that the midpoint is not exactly at 0 volts and that a very large gain for the amplifier is not possible.
  • the feedback that determines the gain of the amplifier 62 is by a counter-reaction in the field and not by a feedback voltage or current on the input 86.
  • the amplifier present in this configuration a maximum rate of variation of the output voltage, also known as the "slew rate", much better than in known field-servo sensors wherein the gain of each amplifier is determined by a current or voltage feedback loop having a resistor.
  • the senor 24 has a very large dynamic range. .
  • the senor 24 has only one amplifier used both to amplify the electrical quantity generated by the transducer 60 and to linearize the transfer function of the sensor. The sensor is therefore simpler to implement and more economical than known sensors.
  • the secondary feedback loop 66 may be omitted.
  • the input 86 of the amplifier 62 has been described as an inverting input while the input 76 has been described as a non-inverting input.
  • the input 86 is a non-inverting input and the input 76 is an inverting input. This does not change the operation of the sensor 24.
  • the cross section of the inductor 68 has been described as being identical to the section of the transducer 60.
  • the cross section of the inductor 68 is circular and the inside diameter of this circular section is equal to the length of the large diagonal cross section of the transducer 60.
  • the voltage sources 80 and 82 are replaced by current sources.
  • the transducer 282 comprises a giant-effect magnetoimpedance or GMI 284 connected at one of its ends to an oscillator 286 capable of exciting this magnetoimpedance 284.
  • the other end of the magnetoimpedance 284 is connected to a reference potential.
  • the reference potential is common to the magnetoimpedance 284 and to one end of the inductor 68.
  • the signal generated by the magnetoimpedance in response to a magnetic field is converted by a field detector 290 into a voltage representative of the magnetic field applied to the magnetic field. Magnetoimpedance 284. This voltage is transmitted to the input 76 of the amplifier 62.
  • the operation of the sensor 280 is identical to that of the sensor 24.

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Abstract

Ce capteur de champ magnétique comporte : - un transducteur (60) pour transformer un champ magnétique à mesurer en une grandeur électrique, - un inducteur (68) de réaction apte à rapprocher un champ magnétique extérieur d'une valeur de référence, - un amplificateur linéaire intégré (62) apte à amplifier la grandeur électrique, - une boucle (64) de contre réaction principale cette boucle ayant deux extrémités dont l'une est raccordée à une sortie (94) de l'amplificateur, et l'autre extrémité est raccordée à l'inducteur de réaction.

Description

CAPTEUR DE CHAMP MAGNETIQUE ET MODULE ELEMENTAIRE INCORPORANT CE CAPTEUR
L'invention concerne un capteur de champ magnétique et un module élémentaire incorporant ce capteur. Des capteurs connus comportent : un transducteur pour transformer un champ magnétique à mesurer en une grandeur électrique,
- un inducteur de réaction apte à rapprocher un champ magnétique extérieur d'une valeur de référence, un amplificateur linéaire intégré apte à amplifier la grandeur électrique,
- une boucle de contre réaction principale pour fixer l'essentiel du gain de l'amplificateur, cette boucle ayant deux extrémités dont l'une est raccordée à une sortie de l'amplificateur.
Dans les capteurs connus, l'extrémité de la boucle de contre-réaction principale est raccordée directement à l'une des entrées de l'amplificateur de manière à réaliser une contre-réaction en tension et en courant qui fixe le gain de cet amplificateur et donc du capteur. De plus, dans les capteurs connus, il est également nécessaire de prévoir un second amplificateur avec une seconde boucle de contre- réaction pour fixer la fonction de transfert du capteur. Cette architecture de capteur est compliquée.
L' invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un capteur de champ magnétique plus simple.
L'invention a donc pour objet un capteur caractérisé en ce que l'autre extrémité de la boucle de contre réaction principale est raccordée à l'inducteur de réaction.
Le capteur ci-dessus est plus simple car la boucle de contre-réaction principale conçue pour fixer le gain du capteur et la boucle de contre réaction pour fixer la fonction de transfert de ce capteur sont ici confondues. Ainsi une seule et même boucle de contre-réaction remplit les deux fonctions .
Les modes de réalisation de ce capteur peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - un seul amplificateur linéaire intégré ;
- l'amplificateur comporte une première et une seconde entrées, la première entrée étant raccordée au transducteur pour recevoir la grandeur électrique, et le capteur comporte une borne de commande propre à recevoir une consigne de fonctionnement, cette borne de commande étant raccordée à la seconde entrée de l'amplificateur pour fixer un point de fonctionnement du capteur ;
- une borne de réinitialisation propre à recevoir un signal de réinitialisation de l'amplificateur, cette borne de réinitialisation étant raccordée à l'une des entrées de l'amplificateur pour désaturer l'amplificateur en réponse au signal de réinitialisation ; au moins une borne de contrôle propre à recevoir un signal de contrôle, cette borne de contrôle étant raccordée à l'inducteur de réaction pour faire varier le champ magnétique induit par cet inducteur en fonction du signal de contrôle ;
- une boucle de contre-réaction secondaire apte à stabiliser le fonctionnement de l'amplificateur en réponse à des perturbations parasites, cette boucle de contre- réaction secondaire comprenant uniquement un condensateur ; la boucle de contre-réaction principale comporte uniquement une résistance ;
- le transducteur est agencé pour former un demi- pont de Wheastone présentant un point milieu, ce point milieu étant raccordé à une entrée de l'amplificateur ;
- le transducteur comporte au moins une magnéto- résistance géante et/ou une magnéto-impédance géante. L'invention a également pour objet un module élémentaire comportant :
- un capteur tel que décrit ci-dessus, et
- un inducteur secondaire propre à générer un champ magnétique pénétrant dans une pièce à contrôler, l'inducteur secondaire étant solidaire du capteur.
Les modes de réalisation de ce module élémentaire peuvent comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - le capteur présente une direction préférentielle de mesure, l'inducteur secondaire présente un axe magnétique dirigé vers la pièce à contrôler, cet axe magnétique étant confondu avec la direction préférentielle de mesure.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre donnée uniquement à titre d'exemple et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique en perspective de l'architecture d'un système de détection de défaut dans une pièce à contrôler,
- la figure 2 est un schéma électronique d'un capteur de champ magnétique utilisé dans le système de la figure 1,
- la figure 3 est une illustration en perspective d'un transducteur utilisé dans le capteur de la figure 2,
- la figure 4 est une illustration schématique d'une unité de pilotage utilisée dans le système de la figure 1,
- la figure 5 est un organigramme d' un procédé de détection de défaut dans une pièce à contrôler, et - la figure 6 est un schéma électronique d'un autre mode de réalisation d'un capteur utilisable dans le système de la figure 1.
La figure 1 représente un système, désigné par la référence générale 2, de détection de défaut dans une pièce 4 à contrôler.
La pièce 4 est une pièce conductrice ou faiblement conductrice ou magnétique. Ici, la pièce 4 est par exemple un profilé métallique formé d'un parallélépipède horizontal 6 et d'une nervure 8 en saillie sur la face supérieure du parallélépipède 6.
Une telle pièce 4 peut présenter de nombreux défauts susceptibles de perturber la circulation d'un courant de Foucault dans cette pièce. Ces défauts peuvent être des fissures débouchantes ou non. Par exemple ici, la surface supérieure de la pièce 4 comporte une rupture de conductivité représentée par une fissure débouchante 10.
De manière à créer des courants de Foucault dans la pièce 4, le système 2 comporte un inducteur principal 20 raccordé à une source commandable 22 de courant alternatif.
L'inducteur principal 20 est ici formé d'une boucle en matériau conducteur s'étendant principalement dans un plan parallèle à la surface supérieure du parallélépipède 6. Grâce à cela, l'inducteur 20 est capable de créer un champ magnétique principal pénétrant dans la pièce 4 pour engendrer des courants de Foucault dans cette pièce.
La source 22 est apte à modifier la fréquence ou l'amplitude du courant alternatif circulant dans l'inducteur 20 de manière à modifier la sensibilité du système vis-à-vis des défauts enfouis en profondeur dans la pièce 4.
Le système 2 comporte plusieurs capteurs de champ magnétique pour mesurer les champs magnétiques induits par les courants de Foucault circulant dans la pièce 4. Ici, pour simplifier l'illustration, seuls quatre de ces capteurs 24 à 27 sont représentés. Ces capteurs sont-, par exemple, tous identiques et seul le capteur 24 sera décrit plus en détail par la suite. Le capteur 24 présente une direction préférentielle de mesure tournée vers la surface supérieure de la pièce 4.
Les capteurs sont raccordés par l'intermédiaire d'un bus 30 de commande et de voies 32 de mesure à une unité 34 de pilotage du système 2. L'unité 34 sera décrite plus en détail en regard de la figure 4.
Chaque capteur 24 à 27 est associé à un inducteur secondaire respectif 40 à 43. Chaque inducteur secondaire est propre à créer un champ magnétique pénétrant dans la pièce à contrôler pour engendrer des courants de Foucault dans cette pièce. Ici, ces inducteurs secondaires sont identiques les uns aux autres et seul l'inducteur 40 sera décrit ici en détail.
L'inducteur 40 est, par exemple, formé d'une bobine cylindrique dont l'axe d'enroulement est perpendiculaire à la surface de la pièce 4. La bobine 40 est placée par rapport au capteur 24 de manière à ce que son axe d' enroulement soit aligné sur la direction préférentielle de mesure du capteur 24.
Ici, chaque inducteur secondaire est disposé à l'intérieur d'une surface délimitée par l'inducteur principal 20. Ces inducteurs secondaires sont raccordés à une source commandable 46 de courant alternatif. Cette source 46 est apte à faire varier la fréquence et l'amplitude du courant pour modifier la sensibilité du système 2.
Chaque inducteur secondaire est solidaire du capteur auquel il est associé. Cet ensemble formé par un capteur et son inducteur secondaire est appelé, ici, « module élémentaire ». Chaque module élémentaire du système 2 est amovible et mécaniquement indépendant des autres modules élémentaires. Le système 2 comporte donc également des moyens mécaniques d' assemblage/désassemblage de ces modules élémentaires entre eux. A titre d'exemple, ces moyens d' assemblage/désassemblage comportent un support de fixation 50 sur laquelle les modules élémentaires sont fixés à l'aide de vis ou de tout autre moyens de solidarisation appropriés. Ainsi, les modules élémentaires peuvent être désassemblés puis déplacés les uns par rapport aux autres avant d'être réassemblés de manière à s'adapter à la forme d'une nouvelle pièce à contrôler.
Les sources 22 et 46 sont raccordées à l'unité de pilotage 34 pour être commandées par cette dernière. La figure 2 représente le schéma électronique du capteur 24.
Ce capteur 24 comporte :
- un transducteur 60 pour transformer un champ magnétique en une grandeur électrique, - un amplificateur linéaire intégré 62 pour amplifier la grandeur électrique délivrée par le transducteur 60,
- une boucle principale 64 de contre réaction pour fixer l'essentiel du gain de l'amplificateur 62, - une boucle secondaire 66 de contre réaction pour stabiliser la fonction de transfert en boucle fermée de l'amplificateur 62,
- un inducteur 68 de réaction propre à générer un champ magnétique Br destiné à se superposer en sens inverse à un champ magnétique extérieur Bext- Le champ Bext est, par exemple, induit par des courants de Foucault.
Le transducteur 60 est ici, par exemple, formé de deux magnétorésistances géantes ou GMR 70 et 72 agencées pour former un demi-pont de Wheatstone. Ce demi-pont de Wheatstone présente un point milieu 74 raccordé à une entrée non inverseuse 76 de l'amplificateur 62.
Les extrémités des magnétorésistances 70 et 72 non raccordées au point milieu, sont respectivement raccordées à une source 80 de tension positive Vcc et à une source 82 de tension négative Vdd. Ces sources 80 et 82 sont réglables de manière à réduire si nécessaire le bruit généré par les magnétorésistances.
L'amplificateur 62 comporte une entrée inverseuse 86 raccordée à un additionneur 88 de tension.
L'additionneur 88 est raccordé à une borne de commande 90 et à une borne de réinitialisation 92. La borne 90 est destinée à recevoir une consigne de fonctionnement pour fixer le point de fonctionnement du capteur 24 dans une zone où la fonction de transfert des magnétorésistances 70 et 72 est optimale en terme de rapport signal sur ce bruit et en terme de transfert en champ.
La borne 92 est destinée à recevoir une tension de réinitialisation propre à dessaturer l'amplificateur 62. L'additionneur 88 est apte à additionner les tensions reçues par l'intermédiaire des bornes 90 et 92 et à délivrer la tension résultante à l'entrée 86.
La boucle 64 comporte une extrémité raccordée directement à une sortie 94 de l'amplificateur 62 et une autre extrémité raccordée directement à une extrémité 96 de l'inducteur 68. La boucle 64 comporte une résistance 98 de contre-réaction raccordée entre ses deux extrémités. La valeur de la résistance 98 et l'inducteur 68 fixent l'essentiel du gain de la fonction de transfert du capteur 24, c'est-à-dire qu'ils contribuent pour plus de 90% et, de préférence à plus de 99%, à la valeur de ce gain dans la gamme de fréquences de l'asservissement. Ce pourcentage est calculé par rapport au cas idéal où l'amplificateur opérationnel a un gain infini. La boucle 66 comporte une extrémité raccordée à la sortie 94 et une autre extrémité raccordée à l'entrée 86. Cette boucle 66 comporte uniquement un condensateur 102.
Le capteur 24 comporte une borne 104 de contrôle raccordée par l'intermédiaire d'une résistance 106 à l'extrémité 96 de l'inducteur 68. La borne 104 est destinée à recevoir une tension Vb connue permettant de contrôler le bon fonctionnement du capteur 24.
Enfin, le capteur 24 comporte une borne 108 de sortie. Cette borne 108 délivre une valeur de champ représentative du champ magnétique mesuré. Cette valeur de champ est, ici, une tension V3 ou un courant is.
La figure 3 représente l'agencement de l'inducteur 68 vis-à-vis du transducteur 60. Le transducteur 60 se présente sous la forme d'un parallélépipède ayant une largeur L et une hauteur H inférieures à 1 mm et de préférence inférieures ou égales à 500 μm. La longueur P de ce parallélépipède est comprise entre 2 et 5 mm. Le parallélépipède contient les deux magnétorésistances 70 et 72 raccordées en série par l'intermédiaire du point milieu
74.
L' inducteur 68 est une bobine cylindrique enroulée autour du transducteur 60 le long de toute sa longueur. Les enroulements de la bobine sont en contact direct avec la surface extérieure du transducteur 60 sur plus de 30% de leur longueur.
Des faces d'extrémité 110 et 112 du transducteur 60 non recouvertes par les enroulements de l'inducteur 68 comportent des bornes 114 de raccordement aux sources d'alimentation 80 et 82. Ici, seule la face d'extrémité 110 est visible.
Un tel agencement de l'inducteur 68 autour du transducteur 60 maximise le couplage magnétique entre l'inducteur 68 et les magnétorésistances 70 et 72. La figure 4 représente plus en détails l'unité de pilotage 34. Sur cette figure, les éléments déjà décrits en regard de la figure 1 portent les mêmes références numériques . L'unité 34 commande les sources de courant 22 et 46. A cet effet, elle comporte un module de commande 120 raccordé aux sources 22 et 46.
L'unité 34 comporte une source commandable 122 de tension raccordée au bus 30 et un module 124 d'acquisition raccordé aux voies de mesure 32. Plus précisément, ici, le bus 32 se compose de trois conducteurs 126, 128 et 130 pour chaque capteur, raccordés respectivement aux bornes 90, 92 et 104 du capteur.
Les voies de mesure 32 sont, par exemple, composées de quatre conducteurs raccordés chacun à une borne de sortie 108 respective.
Le module 124 est propre à acquérir les valeurs de champ puis à transmettre celles-ci à un module de traitement 140 par l'intermédiaire d'un bus interne 142. Le module de traitement 140 est apte à traiter les valeurs de champ acquises pour en déduire des informations sur un défaut de la pièce 4. Par exemple, ici, le module 140 est propre à localiser un défaut.
L'unité 34 comporte également un module 150 d'établissement automatique d'un réglage pré-établi et, à titre d'illustration deux modules 152, 154 d'équilibrage des valeurs de champ délivrées par les capteurs en fonction d'un réglage pré-établi enregistré dans une mémoire 156.
Le module d'équilibrage 152 est apte à commander un générateur de champ pour modifier le champ mesuré par chacun des capteurs en fonction du réglage pré-établi. Ici, le module 152 utilise en tant que générateur de champ les inducteurs secondaires 40 à 43. De manière à pouvoir commander les inducteurs secondaires 40 à 43, le module 152 est raccordé au module 120 par l'intermédiaire du bus 142.
Le module d'équilibrage 154 est apte à corriger les valeurs de champ acquises par le module 124 avant de les transmettre au module 140 pour traitement. Les corrections sont réalisées en fonction du réglage pré-établi enregistré dans la mémoire 156.
Le module 150 établit automatiquement et enregistre le ou les réglages pré-établis dans la mémoire 156. Le ou chaque réglage pré-établi est déterminé pour qu'en l'absence de défaut, les valeurs de champ traitées par le module 140 soient égales. Pour cela, le réglage est déterminé en utilisant des valeurs de champ acquises par le système 2 en l'absence de défaut. Enfin, l'unité 34 comporte un module 158 de contrôle et une interface homme/machine.
Le module 158 permet de contrôler le bon fonctionnement de chaque capteur en envoyant par l'intermédiaire de la source 122 une tension Vb de contrôle sur la borne 104 du capteur à contrôler. Pour effectuer ce contrôle, le module 158 contient, enregistré, par exemple, dans une mémoire locale, la valeur de la résistance 98 et la valeur d'inductance de l'inducteur 68 pour chaque capteur. L'interface homme/machine de l'unité 34 comporte, ici, à titre d'exemple une touche 160 d'activation du module 150, une touche 162 d'activation du module de contrôle 158, une touche 164 d'activation de l'envoi d'une tension de réinitialisation Vr sur la borne 92 de chacun des capteurs et également un écran 166 pour présenter à l'utilisateur les résultats des mesures réalisées par les capteurs et les informations produites par le module 140. Les touches 162 et 164 sont respectivement raccordées aux modules 158 et 122. L'écran 166 est associé au module de traitement 140 par l'intermédiaire du bus 142.
La touche 160 est raccordée au module 150 pour déclencher l'établissement automatique du réglage pré¬ établi uniquement en réponse à l'enfoncement de cette touche.
Le module 154 et la combinaison du module 152 et des inducteurs secondaires 40 à 43, forment chacun une unité de correction des valeurs de champ délivrées par les capteurs en fonction du réglage pré-établi.
Le fonctionnement du système 2 va maintenant être décrit en regard du procédé de la figure 5 dans le cas particulier où le système 2 a la possibilité d'utiliser deux méthodes différentes d'équilibrage.
Lors de la mise en route du système 2, l'utilisateur procède à une phase 180 d'étalonnage du système 2 pour une pièce particulière à contrôler telle que, par exemple, la pièce 4. Lors de la phase 180, l'utilisateur place, lors d'une étape 182, le système 2 dans sa position de contrôle en face d'une pièce à contrôler dont il est sûr qu'elle est dépourvue de défaut. Une fois le système 2 dans cette position, l'utilisateur enfonce, lors d'une étape 184, la touche 160.
En réponse à cet enfoncement de la touche 160, le module 124 acquière, lors d'une étape 186, les valeurs de champ délivrées par chacun des capteurs dans cette position. Une fois cette acquisition réalisée, le module 150 établit automatiquement, lors d'une étape 188, le réglage mémorisé dans la mémoire 156. La méthode utilisée pour établir automatiquement ce réglage est liée à la méthode utilisée pour équilibrer, lors de l'utilisation du système 2, les valeurs de champ délivrées par les capteurs. Ici, à titre d'illustration uniquement, deux méthodes différentes pour établir automatiquement le réglage à mémoriser sont décrites.
La première méthode consiste simplement à enregistrer dans la mémoire 156 en tant que réglage pré-établi, les valeurs de champ délivrées par chacun des capteurs.
La deuxième méthode consiste à faire varier l'intensité du courant dans chacun des inducteurs secondaires 40 à 43 jusqu'à ce que les valeurs de champ délivrées par chacun des capteurs soient égales. En effet, en modifiant l'intensité du courant dans l'inducteur secondaire, on modifie également le champ dans lequel est placé le transducteur 60 et donc la valeur de champ délivrée par le capteur. Le réglage enregistré dans ce cas, correspond aux intensités des courants circulant dans les inducteurs secondaires au moment où les valeurs de champ sont égales. Ce réglage destiné à être utilisé par le module 152 est enregistré dans la mémoire 156.
Une fois l'étalonnage du système 2 réalisé, l'utilisateur procède à une phase 200 de détection de défaut dans la pièce 4.
Lors de la phase 200, l'inducteur principal 20 génère, lors d'une étape 202, un champ magnétique pénétrant dans la pièce 4. Ce champ entraine la création de courant de Foucault dans la pièce 4. Ces courants de Foucault induisent le champ magnétique Bext mesurable par les capteurs 24 à 27.
En parallèle, lors d'une étape 204, les capteurs 24 à 27 mesurent le champ magnétique et délivrent des valeurs de champ correspondantes qui sont acquises par le module 124.
Egalement en parallèle des étapes 202 et 204, le module 152 et/ou 154 équilibre, lors d'une étape 206, les valeurs de champ de manière à ce qu'en absence de défaut, toutes les valeurs de champ soient égales et ceci malgré la présence de la nervure 8.
A titre d'illustration uniquement, deux méthodes d'équilibrage des valeurs de champ seront décrites ici. La première et la deuxième méthodes ne peuvent être mises en œuvre que si, respectivement, les première et deuxièmes méthodes d'établissement automatique du réglage pré-établi ont, au préalable, été mises en œuvre lors de la phase 180.
Dans la première méthode, le sous-module 154 soustrait aux valeurs de champ acquises par le module 124 les valeurs de champ établies lors de l'étape 188 avec la première méthode d'établissement. Ainsi, en absence de défaut dans la pièce 4, les valeurs de champ à traiter par le module 140 sont sensiblement égales. La deuxième méthode d'équilibrage consiste à modifier le champ magnétique mesuré par les capteurs à l'aide des inducteurs secondaires. A cet effet, le module 152 commande par l'intermédiaire du module 120 les inducteurs secondaires 40 à 43 en fonction du réglage établi lors de l'étape 188 à l'aide de la deuxième méthode d'établissement. Ainsi, les champs magnétiques mesurés par les capteurs 24 à 27 sont modifiés de telle sorte qu'en absence de défaut les valeurs de champ délivrées par chacun des capteurs 24 à 27 restent identiques. Lors d'une étape 210, les valeurs de champ équilibrées sont traitées par le module 140 afin d'optimiser la dynamique de mesure. Plus précisément, lors de cette étape 210, par exemple, les valeurs de champ équilibrées sont additionnées les unes aux autres, soustraites les unes aux autres et/ou comparées les unes aux autres. Si la somme ou la soustraction des valeurs de champ équilibrées est invariante ou si la comparaison des valeurs de champ indique qu'elles sont toutes égales, alors aucun défaut n'est détecté et le procédé retourne aux étapes 202, 204 et 206.
Dans le cas contraire, une étape 212 de traitement d'un défaut est exécutée. Lors de l'étape 212, l'unité de pilotage 34 désactive l'inducteur primaire 20 et active, lors d'une opération 214, les inducteurs secondaires 40 à 43 pour qu'ils génèrent simultanément ou les uns après les autres un champ magnétique pénétrant dans la pièce 4. En parallèle de l'opération 214, les capteurs 24 à 27 mesurent, lors d'une opération 216, le champ magnétique et délivrent des valeurs de champ et, lors d'une opération 218, celles-ci sont équilibrées en fonction du réglage établi lors de l'étape 188. Les opérations 216 et 218 sont similaires respectivement aux étapes 204 et 206 et ne sont donc pas décrites ici plus en détails. On notera cependant que si la deuxième méthode d'équilibrage est utilisée lors de l'opération 218, les courants nécessaires pour équilibrer les capteurs circulant dans les inducteurs secondaires se superposent à ceux nécessaires pour produire un champ magnétique pénétrant dans la pièce 4.
L'utilisation d'inducteurs secondaires dont la section est plus petite que celle de l'inducteur primaire permet d'affiner la mesure et de localiser plus précisément le défaut lors d'une opération 220. Des informations sur le défaut détecté, telle que la localisation, sont alors présentées à l'utilisateur, lors d'une opération 222 sur l'écran 166.
A tout moment, lors de l'utilisation du système 2, l'un ou l'ensemble des capteurs 24 à 27 peut être réinitialisé lors d'une étape 230. Plus précisément, lors de cette étape 230, l'utilisateur enfonce la touche 164 et, en réponse, la source 122 génère une tension Vr et l'applique sur la borne 92 d'un ou plusieurs capteurs de manière à dessaturer l'amplificateur 62. En effet, s'il arrive que le champ magnétique Br généré par l'inducteur 68 s'additionne au champ extérieur Bext^ au lieu de venir se soustraire à celui-ci, l'amplificateur 62 n'est plus stabilisé par la boucle de contre-réaction 64 et sature. Il est donc nécessaire dans ce cas là de le réinitialiser par application d'une tension sur la borne 92.
Egalement à tout moment lors de l'utilisation du système 2, l'utilisateur peut procéder à une étape 234 de contrôle du bon fonctionnement d'un ou plusieurs capteurs en enfonçant la touche 162. Lors de cette étape de contrôle, le module 158 commande la source 122 pour appliquer, lors d'une opération 236, une tension connue Vb ou un courant connu ib de contrôle sur la borne 104 d'un ou plusieurs capteurs. Cette tension Vb ou ce courant ib modifie d'une façon connue le champ magnétique Br induit par l'inducteur 68.
Ensuite la variation, en réponse à l'application de la tension Vb, de la valeur de champ délivrée par ce capteur est acquise, lors d'une opération 238, par le module 124. Le module 158 calcule alors, lors d'une opération 240, la variation de la valeur de champ attendue en réponse à l'application de la tension Vb ou du courant ib, en utilisant à cet effet la fonction de transfert connue du capteur. Puis, lors d'une opération 242 il compare la variation de la valeur de champ attendue à celle acquise. Si ces variations correspondent alors le module 158 détermine que le capteur fonctionne correctement. Dans le cas contraire, un défaut de fonctionnement du capteur est détecté et le module 158 transmet cette information à l'écran 166 qui l'affiche lors d'une opération 244 ou le module 158 commande automatiquement la source 122 pour réinitialiser le capteur défaillant.
Le système 2 décrit ici présente de nombreux avantages. En particulier, grâce à la fonction d'étalonnage, une aspérité ou un défaut de conductivité volontaire, tel que par exemple la nervure 8 n'est pas détecté comme un défaut. Il est donc possible d'utiliser le système 2 pour contrôler des pièces qui ne sont pas planes. Le système 2 est également modulable grâce aux moyens d' assemblage/désassemblage des modules élémentaires et grâce à sa fonction d'équilibrage des capteurs. Dès lors, il est possible de modifier la position des modules élémentaires au sein du système 2 pour l'adapter à de nouvelles pièces à contrôler sans qu'il soit nécessaire de modifier l'unité de pilotage.
Le procédé de détection de défauts a été décrit dans le cas particulier où la phase 180 est une phase d'étalonnage vis-à-vis d'une pièce sans défaut. En variante, cette phase 180 est remplacée par une phase d'étalonnage à vide. Cette phase d'étalonnage à vide est identique à la phase 180 à l'exception de l'étape 182 qui est remplacée par une étape lors de laquelle les capteurs sont placés dans une position où il n'existe aucune pièce conductrice ou magnétique à contrôler.
De nombreux autres modes de réalisation du système 2 sont possibles. Ici, le système 2 a été décrit dans le cas particulier où il comporte l'ensemble des éléments nécessaires pour mettre en œuvre la première et la deuxième méthodes d'établissement automatique d'un réglage et la première et la deuxième méthodes d'équilibrage. Toutefois, de préférence, une seule de ces méthodes est mise en œuvre. Par exemple, si seule la première méthode d'établissement automatique et la première méthode d'équilibrage sont mises en œuvre, les inducteurs secondaires ne sont pas utilisés pour étalonner le système ni pour équilibrer les valeurs de champ. Si seules les deuxièmes méthodes d' établissement automatique du réglage et d'équilibrage sont mises en œuvre, le module 154 peut être supprimé.
Ici, les capteurs 24 à 27 ont été décrits dans le cas particulier où leurs fonctions de transfert sont fixées lors de leurs conceptions. En variante, la fonction de transfert de chaque capteur est réglable par un module de réglage de la fonction de transfert intégrée, par exemple, à l'unité de pilotage 34. Par exemple, la valeur de la résistance 98 de chaque capteur est modifiable par ce module de réglage. Dans cette variante, la première et/ou la deuxième méthode d'équilibrage est remplacée par une troisième méthode d'équilibrage consistant à modifier la fonction de transfert de chaque capteur pour qu'au repos les valeurs de champ délivrées par chacun de ces capteurs soient égales. Les réglages préétablis utilisés par ce module d'équilibrage sont réalisés à l'aide d'une troisième méthode d'établissement consistant à faire varier la fonction de transfert des capteurs jusqu'à ce que les valeurs de champ en l'absence de défaut soient égales. A titre d' illustration, le réglage préétabli enregistré dans la mémoire 156 est la valeur des résistances 98 à régler.
Dans une version simplifiée du système 2, où une localisation précise des défauts n'est pas requise, les inducteurs secondaires sont supprimés. A l'inverse, en variante, chaque capteur est associé à plusieurs inducteurs secondaires.
En variante, l'axe d'enroulement de l'inducteur 40 n'est pas nécessairement perpendiculaire à la surface de la pièce à contrôler ni aligné sur la direction préférentielle de mesure du capteur auquel il est associé.
Ici, la tension de réinitialisation Vr est utilisée pour réinitialiser un capteur. En variante, cette tension de réinitialisation est utilisée pour désactiver un capteur en le saturant en permanence.
Ici, le fonctionnement du système 2 a été décrit dans le cas particulier où l'inducteur principal 20 est d'abord activé puis désactivé lorsque les inducteurs secondaires sont utilisés. En variante, l'inducteur principal et les inducteurs secondaires sont simultanément activés et utilisés. Le système 2 a été décrit dans le cas préféré ou celui-ci utilise des capteurs tels que ceux décrits en regard de la figure 2. En variante, d'autres capteurs peuvent être utilisés tels que par exemple des capteurs à effet Hall ou à magnétoimpedances géantes (GMI) . Le capteur décrit en regard de la figure 2 présente de nombreux avantages. En particulier, l'utilisation d'un demi-pont de Wheatstone permet de simplifier de façon importante la structure du capteur et de réaliser la structure décrite en figure 2. Dans ces conditions, le gain de l'amplificateur 62 peut être important. Un tel mode de réalisation est meilleur qu'un pont complet de Wheatstone car dans un pont complet il existe toujours un défaut d'équilibrage même en absence de sollicitations extérieures ce qui signifie que le point milieu n'est pas exactement à 0 volt et qu'un très grand gain pour l'amplificateur n'est pas possible.
Ici, dans le capteur 24, la contre réaction qui détermine le gain de l'amplificateur 62 s'effectue par une contre réaction en champ et non pas par une contre réaction en tension ou en courant sur l'entrée 86. Ainsi l'amplificateur présente dans cette configuration une vitesse de variation maximum de la tension en sortie, également connue sous le terme anglais « slew rate », bien meilleure que dans les capteurs asservis en champ connus dans lesquels le gain de chaque amplificateur est déterminé par une boucle de contre réaction en courant ou en tension comportant une résistance.
Grâce à l'utilisation de la boucle de contre réaction 64, et grâce à l'absence de boucles de contre réaction conventionnelle en tension ou en courant comportant un ou plusieurs éléments passifs telle qu'une résistance, le capteur 24 présente une très grande dynamique.
Contrairement aux capteurs connus, le capteur 24 ne comporte qu'un seul amplificateur utilisé à la fois pour amplifier la grandeur électrique générée par le transducteur 60 et pour linéariser la fonction de transfert du capteur. Le capteur est donc plus simple à mettre en oeuvre et plus économique que les capteurs connus . En variante, la boucle de contre réaction secondaire 66 peut être supprimée.
Dans le capteur 24, l'entrée 86 de l'amplificateur 62 a été décrite comme étant une entrée inverseuse tandis que l'entrée 76 a été décrite comme étant une entrée non inverseuse. En variante, l'entrée 86 est une entrée non inverseuse et l'entrée 76 est une entrée inverseuse. Ceci ne change rien au fonctionnement du capteur 24.
La section transversale de l'inducteur 68 a été décrite comme étant identique à la section du transducteur 60. En variante, la section transversale de l'inducteur 68 est circulaire et le diamètre intérieur de cette section circulaire est égal à la longueur de la plus grande diagonale de la section transversale du transducteur 60.
En variante, les sources de tension 80 et 82 sont remplacées par des sources de courant.
Il est également possible de remplacer le transducteur 60 par d' autres transducteurs aptes à transformer un champ magnétique à mesurer en une grandeur électrique transmise sur l'entrée 76. La figure 6 représente un capteur 280 identique au capteur 24 à l'exception du fait que le transducteur 60 a été remplacé par un transducteur 282. Sur la figure 6 les éléments déjà décrits en regard de la figure 2 portent les mêmes références numériques. Le transducteur 282 comporte une magnétoimpedance à effet géant ou GMI 284 raccordée par l'une de ses extrémités à un oscillateur 286 propre à exciter cette magnétoimpedance 284. L'autre extrémité de la magnétoimpedance 284 est raccordée à un potentiel de référence. Le potentiel de référence est commun à la magnétoimpedance 284 et à une extrémité de l'inducteur 68. Le signal généré par la magnétoimpedance en réponse à un champ magnétique est converti par un détecteur de champ 290 en une tension représentative du champ magnétique appliqué à la magnétoimpedance 284. Cette tension est transmise à l'entrée 76 de l'amplificateur 62.
Le fonctionnement du capteur 280 est identique à celui du capteur 24.

Claims

REVENDICATIONS
1. Capteur de champ magnétique comportant :
- un transducteur (60 ; 282) pour transformer un champ magnétique à mesurer en une grandeur électrique,
- un inducteur (68) de réaction apte à rapprocher un champ magnétique extérieur d'une valeur de référence,
- un amplificateur linéaire intégré (62) apte à amplifier la grandeur électrique, - une boucle (64) de contre réaction principale pour fixer l'essentiel du gain de l'amplificateur, cette boucle ayant deux extrémités dont l'une est raccordée à une sortie (94) de l'amplificateur, caractérisé en ce que l'autre extrémité de la boucle de contre réaction principale est raccordée à l'inducteur de réaction.
2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte un seul amplificateur linéaire intégré (62) .
3. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé :
- en ce que l'amplificateur comporte une première et une seconde entrées (76, 86) , la première entrée étant raccordée au transducteur pour recevoir la grandeur électrique, et
- en ce que le capteur comporte une borne (90) de commande propre à recevoir une consigne de fonctionnement, cette borne de commande étant raccordée à la seconde entrée de l'amplificateur pour fixer un point de fonctionnement du capteur.
4. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une borne
(92) de réinitialisation propre à recevoir un signal de réinitialisation de l'amplificateur, cette borne de réinitialisation étant raccordée à l'une des entrées de l'amplificateur pour désaturer l'amplificateur en réponse au signal de réinitialisation.
5. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une borne (104) de contrôle propre à recevoir un signal de contrôle, cette borne de contrôle étant raccordée à l'inducteur de réaction pour faire varier le champ magnétique induit par cet inducteur en fonction du signal de contrôle.
6. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte une boucle
(66) de contre-réaction secondaire apte à stabiliser le fonctionnement de l'amplificateur en réponse à des perturbations parasites, cette boucle de contre-réaction secondaire comprenant uniquement un condensateur.
7. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la boucle (64) de contre-réaction principale comporte uniquement une résistance.
8. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transducteur (60) est agencé pour former un demi-pont de Wheastone présentant un point milieu (74), ce point milieu étant raccordé à une entrée de l'amplificateur.
9. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le transducteur comporte au moins une magnéto-résistance géante et/ou une magnéto- impédance géante.
10. Capteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est apte à capter un champ magnétique induit par des courants de Foucault circulant dans une pièce conductrice ou magnétique.
11. Module élémentaire, caractérisé en ce qu'il comporte :
- un capteur (24) conforme à l'une quelconque des revendications précédentes, et - un inducteur secondaire (40) propre à générer un champ magnétique pénétrant dans une pièce à contrôler, l'inducteur secondaire étant solidaire du capteur.
12. Module élémentaire selon la revendication 11, caractérisé : - en ce que le capteur présente une direction préférentielle de mesure,
- en ce que l'inducteur secondaire (40) présente un axe d'enroulement dirigé vers la pièce à contrôler, cet axe magnétique étant confondu avec la direction préférentielle de mesure.
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