FR2562261A3 - Procede et dispositif de mesure d'un champ magnetique - Google Patents

Abstract

DISPOSITIF DE MESURE D'UN CHAMP MAGNETIQUE, CONSTITUE PAR UNE PREMIERE BOUCLE DE REGULATION ELECTROMAGNETIQUE ET UNE SECONDE BOUCLE DE REGULATION ELECTRIQUE, ALTERNATIVEMENT EN SERVICE. UN CAPTEUR 2 MESURE LA DIFFERENCE ENTRE LE CHAMP A MESURER H ET UN CHAMP COMPENSATEUR H, QU'UN COMMUTATEUR 3 APPLIQUE A LA PREMIERE OU A LA SECONDE BOUCLE. LA PREMIERE BOUCLE 2; 8B; 3B; 4; 5 REGLE, PAR UN PREMIER REGULATEUR 4, UN COURANT COMPENSATEUR I CIRCULANT DANS UNE BOBINE 5 ET PRODUISANT AINSI LE CHAMP H, DE FACON QUE LA TENSION U SOIT NULLE A LA SORTIE DU CAPTEUR 2. LA SECONDE BOUCLE 2; 8B; 3C; 9 DETERMINE ET ASSERVIT LE POINT DE FONCTIONNEMENT DU CAPTEUR 2 DE FACON QUE LE CHAMP H SOIT EGAL A LA SOMME DU CHAMP H ET D'UN CHAMP APPARENT, EGAL A UN MULTIPLE D'UNE VALEUR DE REFERENCE PREDETERMINEE H DU CHAMP H, CORRIGE DE LA VALEUR D'ACTION DE TOUTES LES TENSIONS DE "DERIVE" PRESENTES DANS LA SECONDE BOUCLE DE REGULATION ELECTRIQUE.

Description

La présente invention concerne un procédé de mesure d'un champ magnétique,

dans lequel une première boucle de régulation produit, sous forme de valeur instantanée, un champ magnétique compensateur d'une intensité telle que la tension de sortie d'un capteur contenu dans la boucle de régulation est sensiblement nulle, ainsi qu'un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé. De telles mesures de champ magnétique sont applicables par exemple aux compteurs d'électricité pour la détermination du courant électrique qui fixe la consommation d'énergie, cette opération s'effectuant par mesure

du champ magnétique proportionnel produit par ledit courant.

Le brevet suisse n 591 699 décrit une mesure de courant par

la méthode pctentiométrique, dans laquelle un capteur mesure la dif-

ference de deux champs magnétiques. Le premier est le champ magné-

tique proportionnel, produit par le courant à mesurer à l'aide d'un

premier enroulement de bobine, et le second un champ magnétique com-

pensateur, produit par le signal de sortie du capteur de champ, magnétique, après amplification appropriée et à l'aide d'un second enroulement de bobine. Les deux enroulements de bobine sont disposés dans l'espace de façon que les deux champs magnétiques présentent

des directions parallèles, mais opposées. Le montage de mesure fonc-

tionne par annulation de la différence des deux champs magnétique.

Dans ce cas, les deux champs magnétiques et par suite aussi les nombres d'ampères-tours des deux enroulements de bobine sont égaux. Lorsque

le courant à mesurer présente une intensité très élevée et les nom-

bres de spires des deux enroulements de bobine sont sensiblement égaux, le -oirant doit également être très intense dans le second enroulement de bobine. La production de courants aussi intenses, de l'ordre de quelquas ampères par exemple, à la sortie du capteur de champ magnétique n'est toutefois pratiquement pas réalisable par

utilisation exclusive de composants à semiconducteurs.

L'invention a pour objets une méthode et un dispositif permet-

tant de mesurer des champs magnétiques intenses et par suite aussi des champs électriques intenses par la méthode potentiométrique, sans qu'un courant électriqute trop intense circule dans le second enroulement de bobine, qui présente un nombre de spires faible et par suite sensiblement égal à celui du premier enroulement de bobine, de sorte que le courant peut être facilement produit dans le second enroulement à l'aide d'un composant à semiconducteurs à la sortie du capteur de champ magnétique, avec compensation simultanée de toutes les tensions de "dérive" actives dans le composant à semicon-

ducteurs et le capteur de champ magnétique; la méthode et le dispo-

sitif doivent en outre permettre la conversion de signaux de mesure

analogiques en signaux numériques.

Selon une caractéristique essentielle de l'invention, une seconde boucle de régulation contenant également le capteur détermine le point de fonctionnement du capteur et l'asservit de façon que le champ magnétique à mesurer soit égal à la somme du champ magnétique compensateur et d'un champ magnétique apparent, égal à un multiple

d'une valeur de référence prédéterminée du champ magnétique compen-

sateur, corrigée de la valeur d'action de toutes les tensions de "dérive" présentes dans la seconde boucle de régulation, les deux boucles de régulation étant alternativement mises en service et la

valeur absolue du champ magnétique compensateur étant toujours main-

tenue au-dessous de sa valeur de référence prédéterminée.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront

mieux compris à l'aide de la description détaillée ci-dessous d'exem-

ples de réalisation et des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente le schéma synoptique d'un capteur de champ magnétique compensé; la figure 2 représente le schéma synoptique d'un détecteur de tension; la figure 3 représente le diagramme des temps d'un champ magnétique HM à mesurer, supposé sinusoidal; la figure 4 représente le diagramme des temps théorique d'un courant compensateur IK; la figure 5 représente le détail de la première période réelle du diagramme des temps selon figure 4; la figure 6 représente le schéma synoptique du montage symétrique de deux capteurs de champ magnétique compensés; la figure 7 représente le diagramme des temps de la tension de sortie U1 du premier capteur de champ magnétique compensé selon figure 6; la figure 8 représente le diagramme des temps de la tension de sortie U2 du second capteur de champ magnétique compensé selon figure 6; la figure 9 représente une première variante d'un montage de bobine; la figure 10 représente une deuxième variante d'un montage de bobine; la figure Il représente une troisième variante d'un montage de bobine; et la figure 12 représente le schéma synoptique d'un capteur de champ

magnétique compensé avec microprocesseur.

Les mêmes références désignent les mêmes pièces sur toutes les

figures.

Le capteur de champ magnétique compensé 1 représenté à la

figure 1 est constitué par un capteur 2, un commutateur 3, un pre-

mier régulateur 4, une bobine 5, une résistance 6, un détecteur de tension 7, un premier différentiateur 8a, un second différentiateur 8b, un convertisseur analogique-numérique 8c et un second régulateur 9. Le capteur 2 est par exemple un capteur de champ magnétique à

semiconducteurs connu, comportant au moins une première entrée élec-

trique. Lorsque l'étage d'entrée du capteur 2 est un étage différen-

tiel, sa seconde entrée électrique doit être reliée à la masse par

exemple.

Le commutateur 3 est représenté sous forme de relais électroma-

gnétique à la figure 1, uniquement par raison de simplicité. Il est représenté au repos sur la figure 1 et comprend une bobine de relais 3a, un premier inverseur 3b, un contact d'ouverture 3c et un second inverseur 3d. En pratique, on utilise toutefois à la place du relais électromagnétique un dispositif de commutation à semiconducteurs quelconque, connu, commandé et muni des contacts de commutation appropriés. Le premier régulateur 4 comprend un accumulateur de tension et par exemple un amplificateur à transconductance connu, c'est-à-dire un amplificateur dont le courant de sortie est proportionnel à sa tension d'entrée. Le second régulateur 9 comprend également un accumulateur de tension et par exemple un amplificateur opérationnel,

équipé en amplificateur non-inverseur connu.

La bobine 5, qui ne comporte généralement que quelques spires, est un élément disposé aussi près que possible du capteur 2, de façon qu'un courant compensateur IK qui la parcourt produise-un champ magnétique compensateur HK, de direction parallèle et opposée à celle du champ magnétique à mesurer HM, qui est par exemple pro- duit de façon non représentée à la figure 1 par un courant à mesurer iM circulant dans une seconde bobine. La différence (HM - HK) des deux champs magnétiques est mesurée par le capteur 2, dont la sortie est reliée à l'entrée négative du second différentiateur 8b, dont la

sortie est reliée - quand la bobine de relais 3a n!est pas alimentée -

d'une part à l'entrée du premier régulateur 4 par le contact de fermeture du premier inverseur 3b, et d'autre part à l'entrée du second régulateur 9 par le contact d'ouverture 3c. L'entrée positive du second différentiateur 8b et une première borne de la résistance 6 sont reliées à la masse. La sortie du second régulateur 9 est reliée

en permanence à la première entrée électrique du capteur 2. Le con-

tact d'ouverture du premier inverseur 3b relie la sortie du premier différentiateur 8a à l'entrée du premier régulateur 4. La sortie de ce dernier est reliée d'une part à la seconde borne de la résistance 6 par la bobine 5, à une entrée de mesure 10 du détecteur de tension 7, à une sortie analogique 11 du capteur de champ magnétique compensé i et, quand la bobine de relais 3a n'est pas alimentée, à l'entrée du convertisseur analogique-numérique 8c par le contact de fermeture de l'inverseur 3d, et d'autre part directement à l'entrée négative du premier différentiateur 8a. Le détecteur de tension comporte une première sortie 12, reliée à une borne de la bobine de relais 3a,

une seconde sortie 13, constituant simultanément une sortie de com-

mande 14 du capteur de champ magnétique 1, une sortie de bus 15, constituant simultanément une partie d'une sortie numérique 16 du capteur de champ magnétique compensé 1, une première 17 et une seconde entrée de démarrage. Les deux dernières entrées constituent simultanément la première et la seconde entrée de démarrage 19 et 20 du capteur de champ magnétique compensé 1. La seconde borne de la bobine de relais 3a est reliée à une tension d'alimentation positive VCC. L'entrée du convertisseur numérique-analogique 8c est en outre

reliée à a masse par le contact d'ouverture du second inverseur 3d.

La sortie de bus du convertisseur numérique-analogique 8c forme avec la sortie de bus 15 du détecteur de tension 7 la sortie numérique 16 du capteur d(le champ magnétique compensé 1e L'entrée positive de chacun des deux différentiateurs 8a et 8b est une entrée de valeur de consigne, tandis que l'entrée négative

est une entrée de valeur instantanée.

Le capteur 2, le second différentiateur 8d, le premier inverseur 3b, le premier régulateur 4 et la bobine 5 constituent une première boucle de régulation électromagnétique M. Le capteur 2, le second

différentiateur 8b, le contact d'ouverture 3c et le second régula-

teur constituent une seconde boucle de régulation électrique E. La résistance 6 est un convertisseur courant-tension et forme avec le détecteur de tension 7 un comparateur de courant 6; 7 qui compare le courant compensateur mesuré TK à une valeur de référence IR. Le comparateur de courant 6; 7 et le commutateur 3 forment un dispositif

de commutation 3; 6; 7.

Le détecteur de tension 7, indiqué sur la figure 1 et représenté

à la figure 2 comprend un premier comparateur 21, un second compara-

teur 22, un premier opérateur OU 23, un compteur bidirectionnel 24, ulr deuxième opérateur OU 25, un élément de retard 26, un troisième op6rateur OU 27, une bascule D 28 et un transistor NPN 29. L'entrée

de mesre 10 du détecteur de tension 7 est reliée à l'entrée non-

inverseuse Iu premier comparateur 21 et à l'entrée inverseuse du second comparateur 22. L'entrée inverseuse du premier comparateur 21 est reliée à une première tension de référence UR = R. IR et l'entrée non-in:erseuse du second comparateur 22 à une seconde tension de référence -UR = -R. IR, R étant la valeur de la résistance 6 et IR la valeur de référence du courant compensateur I On a par exemple R = 1 irunA. La sortie du premier comparateur 21 est reliée à l'entrée U/D "comptage/décomptage" du compteur bidirectionnel 24 et à une première entrée du premier opérateur OU 23, dont la seconde entrée est reliée h lt sortie du second comparat2ur 22? La sortie du premier

À pérateur OU 23 est reliée h l'entrée d'horlc-ge CL du compteur bi-

directionnel 24, à une première entrée du deuxième opérateur OU 25, à une première entrée du troisième opérateur OU 27 et à la deuxième sortie 13 du détecteur de tension 7. La première entrée de démarrage 17 du détecteur de tension 7 est reliée à la seconde entrée du deuxième opérateur OU 25 et à l'entrée R de remise à 0 de la bascule D 28. La sortie du deuxième opérateur OU 25 est reliée par l'élément de retard 26 à une deuxième entrée du troisième opérateur OU 27, dont la troisième entrée est reliée à la seconde entrée de démarrage 18 du détecteur de tension 7. La sortie du troisième opérateur OU 27 est reliée à l'entrée d'horloge de la bascule D 28, dont la sortie Q est ramenée à son entrée D et dont la sortie U est reliée à la base du transistor NPN 29. Le collecteur de ce dernier constitue la première sortie 12 du détecteur de tension 7 et son émetteur est à la masse. La sortie de bus du compteur bidirectionnel 24 constitue

la sortie de bus 15 du détecteur de tension 7.

Le champ magnétique à mesurer HMest supposé alternatif sur la figure 3 et la valeur absolue du courant compensatoire IK représenté

à la figure 4 n'est jamais supérieure à la valeur de référence IR.

Le flanc décroissant de chaque impulsion de courant est supposé théo-

riquement vertical sur la figure 4, tandis que la fibure 5 le repré-

sente pour la première période sous forme d'une partie décroissant

avec le temps, linéairement par exemple, et de durée At. Les dia-

grmmmes des temps des trois figures 3 à 5 sont expliqués dans la

description fonctionnelle ci-après. Le dispositif selon figure 6

comprend un premier capteur de champ magnétique compensé la, un second capteur de champ magnétique compensé Id et un second inverseur b. Les deux capteurs de champ magnétique compensés la et lb sont identiques et de même constitution que le capteur 1 représenté à la figure 1. Le relais à deux directions peut dans ce cas aussi être remplacé par un dispositif à semiconducteurs approprié, tel

qu'une seconde bascule D avec des transistors en aval. En cas d'em-

ploi d'un relais à deux directions, sa bobine 30a comporte une pre-

mière 31 et une seconde bobine partielle 32.

La sortie analogique lla du premier capteur de champ magnétique compensé la, par l'intermédiaire du contact d'ouverture, et la sortie analogique llb du second capteur de champ magnétique compensé lb par l'intermédiaire du contact de fermeture dé l'inverseur 30b, sont reliées à la sortie du montage symétrique. La sortie de commande 14a du premier capteur de champ magnétique compensé la est reliée à

la seconde entrée de démarrage 20b du second capteur de champ magné-

tique compensé lb et à une première borne de la seconde bobine par- tielle 32, tandis que la sortie de commande 14b du second capteur de champ magnétique compensé lb est reliée à la seconde entrée de démarrage 20a du premier capteur de champ magnétique compensé la et à la première borne de la première bobine partielle 31. Les secondes bornes des bobines partielles 31 et 32 sont reliées entre elles et à la tension d'alimentation positive VCC, tandis que la première

entrée de démarrage 19b du second capteur de champ magnétique com-

pensé lb est à la masse. Les sorties numériques 16a et 16b des deux capteurs de champ magnétique compensés la et lb sont représentées pour

compléter la figure.

Le fonctionnement alterné des deux capteurs de champ magnétique

compensés la et lb du montage symétrique est illustré par les dia-

grammes des temps des figures 7 et 8, et expliqué dans la description

fonctionnelle ci-après.

La bobine 5 de la première variante de montage de bobine selon figure 9 est constituée par une bobine plate métallique, dont les spires sont par exemple rectangulaires et déposées sur la surface d'un cristal semiconducteur 33. Le capteur 2 non compensé est diffusé

dans le cristal semiconducteur 33, par la surface. Immédiatement au-

dessus du capteur de champ magnétique 2 se trouve un entrefer étroit entre deux couches minces ferromagnétiques 34 et 35, toutes deux fixées sur la surface du cristal semiconducteur, entre cette dernière et une moitié de la bobine 5, de façon qu'une couche mince se trouve dans le prolongement de l'autre. La figure 9 ne représente qu'une moitié de la bobine 5, à savoir la moitié dans laquelle le courant compensateur I pénètre dans les conducteurs métalliques de la bobine K perpendiculairement au plan du dessin, comme le représente symbo-

liquement une petite croix dans chacun des conducteurs de la bobine 5.

L'entrefer séparant les deux couches minces 34 et 35 se situe sensi-

blement au-dessous du milieu de la demi-bobine représentée. Le dispo-

sitif 33; 34; 35 constitué par le cristal semiconducteur 33 et les

couches minces 34 et 35 est totalement recouvert par une couche iso-

lante 36, en SiO2 par exemple, qui assure son isolation électrique

totale par rapport au conducteur métallique de la bobine 5. La dispo-

sition spatiaie est telle que la différence (B - HK) entre le champ

magnétique à mesurer H et le champ magnétique compensateur HK sui-

vant l'axe longitudinal des couches minces 34 et 35 agit parallèlement

à la surface du capteur de champ magnétique 2.

La bobine 5 de la deuxième variante de montage de bobine selon

figure 10 est constituée par une minibobine, bobinée de façon clas-

sique sur une carcasse 37 de section rectangulaire par exemple. Le

dispositif 33; 34; 35 précité dans la description de la figure 9 est

disposé dans le logement du noyau de fer de la carcasse 37 et le remplit

aussi totalement que possible.

Les deux couches minces 34 et 35 des figures 9:et 10 sont par

exemple en Ni Fe et ont une épaisseur d'environ 1 pm par exemple.

La bobine 5 de la troisième variante de montage de bobine selon figure 11 est bobinée sur un noyau ferromagnétique annulaire plat 38,

comportant un petit entrefer dans lequel est disposé le capteur 2.

La bobine 5, avec son noyau 38, et le capteur 2 sont montés sur une

plaquette isolante 39, en céramique par exemple, qui présente à proxi-

mité du centre du noyau ferromagnétique annulaire 38 une ouverture dans laquelle passe un conducteur 40 sensiblement perpendiculaire au plan de la plaquette céramique 39. Un courant iM produisant le champ

magnétique à mesurer HM circule par exemple dans le conducteur 40.

Le capteur de champ magnétique compensé avec microordinateur représenté à la figure 12 est constitué par le capteur 1 proprement dit, de même constitution que celui de la figure 1, un différentiateur

41, un circuit d"'échantillonnage-maintien" 42, un convertisseur ana-

logique-numérique 43, un microordinateur 44 et un convertisseur numéri-

que-analogique 45. L'entrée positive du premier différentiateur 8a est reliée dans le premier capteur de champ magnétique compensé 1 (cf. figure 1) à une borne d'entrée 46 de ce dernier. La borne d'entrée 46, qui présente normalement une liaison directe à la masse, est dans

le cas de la figure 12 relieà la sortie du convertisseur numérique-

analogique 45. La sortie analogique 11 du capteur de champ magnéti-

que compensé 1 est sur la figure 12 reliée à une entrée-sortie de données du microordinateur 44 par le différentiateur 41, le circuit

d'échantillonnage-maintien 42 et le convertisseur analogique-

numérique 43, dans l'ordre précité. Cette entrée-sortie de données est en outre reliée à l'entrée du convertisseur numérique-analogique 45. La seconde entrée de démarrage 20 du capteur de champ magnétique compensé 1 est à la masse et n'intervient donc pas. Les composants numériques du circuit selon figure 12 peuvent évidemment ître remplacés

aussi par des composants analogiques équivalents.

La description fonctionnelle des dispositifs selon l'invention

est présentée ci-dessous.

Le capteur de champ magnétique compensé 1 selon figure 1 comporte,

comme précédemment indiqué, deux boucles de régulation qui sont alter-

nativement et successivement en service. La seconde:boucle de régula-

tion électrique E n'est que brièvement en service à chaque fois, pendant un temps At. Le capteur 2 contenu dans les deux boucles de

régulation M et E mesure la différence (HM - HK) entre un champ magné-

tique à mesurer H et un champ magnétique compensateur HK, puis la convertit en une tension électrique U0 Le commutateur 3 applique notamment le résultat de mesure du capteur 2 à la première ou à la

seconde boucle de régulation.

Lorsque par suite d'une régulation:

H: HK (1)

on a NM-I N KIK (2) et: IK= 'NM/NK). I (3) NK étant le nombre de spires de la bobine 5. NM est le nombre de spires d'une bobine non représentée et à l'aide de laquelle un courant à

mesurer IM produit le champ magnétique H. Lorsque la valeur du cou-

rant à mesurer est trop iélevée, on choisit généralement une

frible valeur de NM. Lorsque le capteur 2 est par ailleurs un compo-

nt. setviconducteurs de faibles dimensions. la bobine 5 ne peut

au.si ';nmporter que qualque- spires pour des raisons d'encombrement.

On a aors NM NK et. selon i'equation '3), IK - IM, de sorte que le courant compensateur L, psentaat alors aussi une valeur élevée

et ne pourrait jamais être délivré directement par le premier régu-

lateur 4, qui est aussi un composant à semiconducteurs. La seconde boucle de régulation électrique E est nécessaire pour y remédier;

elle est mise en service dès que la valeur absolue du courant com-

pensateur IK, mesurée à l'aide de la résistance 6, atteint la valeur de référence IR ou que la valeur absolue de la chute de tension aux

bornes de la résistance 6 atteint la valeur de la tension de réfé-

rence UR. A la valeur de référence IR du courant compensateur K

correspond la valeur de référence HR du champ magnétique compensa-

teur HK. La valeur absolue du courant compensateur IK est ainsi toujours maintenue au-dessous d'une valeur de référence prédéterminée

IR. Il en est de même de la valeur absolue du champ magnétique com-

pensateur HK, qui est toujours maintenue au-dessous de sa valeur de

référence prédéterminée HR.

La mesure démarre à l'instant t = 0, quand par exemple le champ

magnétique sinusoïdale HM à mesurer, représenté à la figure 3, pré-

sente une valeur nulle, une impulsion de démarrage étant appliquée à cet instant à la première entrée de démarrage 19 du capteur de champ magnétique compensé-1 selon figure 1, dont la seconde entrée de démarrage 20 est nécessaire uniquement dans le montage symétrique

selon figure 6 et peut donc être omise ici.

L'impulsion de démarrage est transmise par la première entrée de démarrage 17 du détecteur de tension 7 (cf. figure 2) et par le deuxième opérateur OU 25 l'entrée de l'élément de retard 26, qui présente un retard At. Pendant ce dernier, le commutateur 3 occupe la position représentée à la figure 1, c'est-à-dire que le contact d'ouverture du premier inverseur 3b, le contact d'ouverture 3c et le contact d'ouverture du second inverseur 3d sont fermés, de sorte que la valeur de consigne de chacun des deux régulateurs 4 et 9 est

nulle. Au voisinage de l'instant du démarrage, le courant compensa-

teur IK est nul et par suite le champ magnétique compensateur HK est également nul, de sorte que le signal d'entrée magnétique HM - HK du capteur 2 est sensiblement nul aussi. A l'aide de la seconde boucle de régulation électrique E et du signal UE sur l'entrée électrique du capteur 2, le second régulateur 9 règle la tension de sortie U dudit capteur à zéro, le signal d'entrée magnétique o HM - HKX 0 du capteur 2 agissant en grandeur perturbatrice. Le signal d'entrée électrique UE compense ainsi l'action totale des tensions de dérive de la seconde boucle de régulation électrique E, et en particulier l'action des tensions de dérive du capteur 2 et

l'action de la grandeur perturbatrice HM - H X, 0. La tension élec-

trique, nécessaire dans le second régulateur 9 pour la production du signal d'entrée électrique UE ou l'annulation de la tension de sortie U0 du capteur 2, est emmagasinée à l'intérieur du second

régulateur dans un accumulateur de tension, par exemple un condensa-

teur non représenté, de sorte que pendant la phase de fonctionnement suivante, le contact d'ouverture 3c s'ouvre, le signal d'entrée électrique UE apparaît à l'entrée du capteur 2 et agit ainsi pendant

cette phase de fonctionnement suivante. Le signal d'entrée UE déter-

miné et délivré par la seconde boucle de régulation électrique E

fixe le point de fonctionnement du capteur 2.

Après la courte durée At, qui doit être choisie suffisamment grande pour que d'une part la seconde boucle de régulation électrique dispose de suffisamment de temps pour se stabiliser et que d'autre part l'accumulateur de tension dispose de suffisamment de temps pour se charger, une valeur logique "1" apparaît à la sortie de l'élément de retard 26 (cf. figure 2), puis par l'intermédiaire du troisième opérateur OU 27 inverse la bascule D 28 qui avait auparavant, à l'instant du démarrage t = 0, été ramenée dans sa position de repos selon figure 2, à l'aide de son entrée R de remise à O. La sortie Q de la bascule D28 délivre ainsi une valeur logique "1", qui inverse le commutateur 3 par l'intermédiaire du transistor NPN 29. Sur la figure 1, le contact d'ouverture 3c s'ouvre, interrompant ainsi la charge de l'accumulateur de tension et le réglage par la seconde

boucle de régulation électrique E. La tension emmagasinée dans l'ac-

cumulateur de tension continue toutefois à compenser l'action des

tensions de dérive précitées par l'intermédiaire de l'entrée élec-

trique du capteur 2. L'inversion du commutateur 3 produit simul-

tanément la fermeture du contact de fermeture de l'inverseur 3b,

qui met ainsi en service la première boucle de régulation électro-

magnétique M.Cette dernière présente également une valeur de consigne nulle et une valeur instantanée constituée par la tension de sortie U du capteur 2. La première boucle de régulation électromagnétique M délivre ainsi un champ magnétique compensateur HK d'une intensité telle que la tension de sortie U du capteur 2 qu'elle contient est sensiblement nulle. Dans l'hypothèse o le champ magnétique à mesurer

HMcroît depuis l'instant du démarrage t = O, le courant compensa-

teur IK croît aussi à partir de 0, proportionnellement au champ magnétique à mesurer HM. Dès que le courant compensateur IK, positif dans ce cas, atteint la-valeur de référence IR ou que la chute de tension qu'il produit aux bornes de la résistance 6 atteint la valeur de la tension de référence UR, le premier comparateur 21 (cf. figure 2) ramène le commutateur 3 dans sa position originale représentée à

la figure 1.

Ce résultat est obtenu comme suit. Le détecteur de tension 7, qui surveille en permanence la chute de tension aux bornes de la résistance 6, inverse le commutateur 3, soit à l'aide du premier comparateur 21 (cf. figure 2) quand une chute de tension positive atteint la valeur de la tension de référence UR, soit-à l'aide du R second comparateur 22 (cf. figure 22) quand une chute de tension négative atteint la valeur de la tension de référence -UR. Dans l'un ou l'autre cas, il apparaît dans le détecteur de tension 7 (cf. figure 2), à la sortie du premier et par suite aussi du troisième

opérateur OU 23 et 27, une valeur logique "1", qui actionne la bas-

cule D 28 et par suite aussi le commutateur 3 selon figure 1; par l'intermédiaire du transistor NPN 29 et de la première sortie 12 du

détecteur de tension 7.

Le rappel du commutateur 3 ne s'effectue pas, comme indiqué sur la figure 4, à une vitesse infinie et avec un flanc.décroissant vertical des impulsions du courant compensateur, mais selon figure 5 avec un flancdécroissant dans le temps, linéairement par exemple, et de durée At.- On admet que les contacts 3b et 3c sont inversés à peu près simultanément. C'est-à-dire que pendant le temps At, d'une part le premier régulateur 4 annule le courant compensateur IK et d'autre part le second régulateur 9 est mis en service pour annuler la tension de sortie U0 du capteur 2. Pendant cette phase de fonctionnement, la différence (HM - HK) des champs magnétiques agit de nouveau sur la boucle de régulation électrique E sous forme de grandeur perturbatrice. Cette dernière est sensiblement nulle à l'instant tl (cf. figure 5) car HM X H, et atteint la valeur H à l'instant t2, car H K 0. A la fin de la courte durée At, le signal d'entrée UE du capteur 2 présente ainsi une nouvelle valeur, qui

tient compte non seulement de l'action des tensions de dérive pré-

citées, mais aussi de l'action de dérive du champ magnétique HM à l'instant t2, correspondant au champ magnétique compensateur HK = R à l'instant ti plus un faible champ résiduel. A l'instant t2, une première période de la variation temporelle du courant compensateur

IK est terminée et l'élément de retard 26 (cf. figure 2) peut déclen-

cher une deuxième période. A l'instant o le courant compensateur IK atteignait la valeur de référence IR pendant la première période, la valeur logique "1" délivrée par le premier comparateur 21 (cf. figure 2) a également été appliquée par le deuxième opérateur OU 25 à l'entrée de l'élément de retard 26, de sorte qu'à la fin du temps At, une valeur logique "1" apparaît de nouveau à sa sortie et par suite aussi à la sortie du troisième opérateur OU 27 qui, de nouveau par l'intermédiaire de la bascule D 28 et du transistor NPN 29,

actionne le commutateur 3, de sorte que la seconde boucle de régula-

tion électrique E est remise hors service et la première boucle de régulation électromagnétique M remise en service. La seconde période

du courant compensateur IK est ainsi déclenchée et le courant com-

pensateur IK croît de nouveau à partir de 0, jusqu'à la valeur de référence!R. D'autres periodes d'un courant compensateur positif viennent ensuite (cf. figure 4), jusqu'à l'instant o le champ magnétique à mesurer HM commence à décroître. Peu avant cet instant, le courant compensateur IK croît certes d'abord encore positivement, mais n'atteint généralement plus la-valeur de référence IR et commence à décroître pour devenir négatif. C'est le second comparateur 22 (cf. figure 2) qui inverse cette fois le coLmutateur 3 quand le courant compensateur négatif IK tombe au-dessous de la valeur de référence -IR ou, ce qui revient au même, quand la valeur absolue du courant compensateur IK dépasse la valeur de référence IR. Les périodes suivantes du courant compensateur sont négatives jusqu'à ce que le champ magnétique à mesurer R change de nouveau de sens et commence à croître. Les périodes du courant compensateur sont de nouveau positives à partir de cet instant (cf. figure 4), etc. Dans le procédé précédemment décrit, à l'instant du démarrage et chaque fois que la valeur absolue du courant compensateur mesuré IK atteint la valeur de référence IR, cette égalité est décelée, la valeur de consigne du courant compensatoire IK est annulée et une brève commutation de la première boucle de régulation électromagnétique M sur la seconde boucle de régulation électrique E

est produite. Pendant la courte durée At, IK ou HK est annulé, c'est-à-

dire que la compensation du capteur 2 est purement électrique à l'ins-

tant t2, et d'autre part la seconde boucle de régulation électrique E détermine et asservit le signal d'entrée UE et par suite le point de fonctionnement du capteur 2 de façon que le champ magnétique à mesurer HM soit égal à la somme du champ magnétique compensateur et d'un champ magnétique apparent, égal à un multiple-de la valeur de référence prédéterminée HR du champ magnétique compensateur HK, corrigée.de la valeur d'action de toutes les tensions de dérive résiduelles dans la seconde boucle de régulation électrique E. Le multiple est égal au nombre de périodes du courant compensateur positif IK diminué du nombre de périodes du courant compensateur négatif 'K qui se sont écoulées entre l'instant du démarrage et la production de la nouvelle valeur de UE, seules les périodes complètes étant toutefois comptées jusqu'à ce que la valeur de référence- IR ou -IR

soit atteinte.

A la fin du temps At, le nouveau point de fonctionnement du capteur 2 est ajusté à l'aide de la seconde boucle de régulation électrique E. Cette dernière s'ouvre ensuite et la production du courant compensateur IK à l'aide de la première boucle de régulation

électromagnétique M est remise en service.

On a admis sur la figure 4 que la valeur de référence IR est très faible. S'il en est ainsi, les flancs avant des périodes du courant compensateur peuvent être considérés comme linéaires et, en

première approximation, les périodes comme triangulaires.

Le compteur bidirectionnel 24 représenté à la figure 2 compte le nombre de manoeuvres de l'inverseur 3; il compte en binaire quand le courant compensateur positif IK atteint la valeur de réfé- rence I et décompte en binaire quand le courant compensateur négatif R atteint la valeur de référence -IR. Chaque valeur comptée présentant

une valeur d'étalonnage IR, cela signifie que le compteur bidirec-

tionnel 24 mémorise en permanence une valeur numérique égale à la valeur instantanée du champ magnétique à mesurer HM, le poids de chaque bit étant IR. En d'autres termes, le champ magnétique à mesurer HM a été numérisé et sa valeur instantanée numérique mémorisée dans

le compteur bidirectionnel 24, dont les sorties en parallèle consti-

tuent une sortie de bus qui est reliée à la sortie de bus 15 du détecteur de tension 7 par une liaison de bus. La sortie de bus 15

est une partie de la sortie numérique 16 du capteur de champ magné-

tique compensé 1. Les périodes du courant compensateur IK non tota-

lement parcourues quand la valeur de référence IR ou -IRest atteinte, et par suite non comptées, constituent des erreurs de-numérisation qui sont d'autant plus faibles que la valeur de référence IR est faible.

Pour augmenter la précision de la numérisation, la valeur numé-

risée du champ magnétique HM, qui est un multiple de la valeur de référence HR, peut pendant la phase de fonctionnement de la première boucle de régulation M être déterminée de façon plus précise à

l'aide du courant compensateur IK délivré par le convertisseur ana-

logique-numérique 8c. Ce résultat s'obtient par addition, la chute de tension produite par le courant compensateur IK qui circule dans la résistance 6 étant appliquée par le contact de fermeture du second inverseur 3d au convertisseur analogique-numérique 8c puis, sous forme de valeur numérique, à la sortie numérique i6 du capteur de

champ magnétique compensé 1, dans lequel cette valeur ndmérique cons-

titue les bits de plus faible poids du champ magnétique à mesurer HM.

Comme précédemment indiqué, le champ magnétique à mesurer HM n'est généralement pas constant, mais variable pendant la durée At, de sorte qu'à la fin de cette dernière, le courant compensateur IK n'est pas nul à l'instant t2 (cf. figure 5), mais présente déjà une valeur initiale IK, t2. Une des trois méthodes suivantes permet de

réaliser cette correction de valeur initiale.

Le montage symétrique selon figure 6 est utilisé dans une première méthode. Il comprend deux capteurs de champ magnétique compensés la et lb, identiques et à fonctionnement symétrique, de sorte que la seconde boucle de régulation électrique E est en service

dans l'un d'eux quand la première boucle de régulation électromagnéti-

que M est en service dans l'autre. A l'aide de son inverseur 30b, le second commutateur 30 transmet vers la sortie du montage symétrique

le signal de sortie analogique du capteur de champ magnétique com-

pensé la ou lb dont la première boucle de régulation électromagnétique

M est en service. La variation temporelle des tensions de sortie ana-

logiques U1 et U2 des deux capteurs de champ magnétique compensés la et lb est représentée sur les figures 7 et 8, qui montrent que la durée At d'un des deux capteurs la et lb est toujours couverte par le temps de croissance tR de l'autre capteur lb ou la. Le temps de croissance tR commence toujours au début de la durée At de l'autre capteur, c'est-àdire à un instant o le champ magnétique à mesurer

H n'a pas encore eu le temps d'abandonner sa valeur instantanée.

Aucune correction de valeur initiale n'est donc nécessaire dans les capteurs de champ magnétique compensés la et lb. Elle est réalisée automatiquement par l'interconnexion des deux capteurs la et lb. Dans une seconde méthode, la valeur IR et la pente (dIK/dt) du courant compensateur IK sont supposées connues au début de la durée At considérée, car elles sont mesurables. Dans l'hypothèse d'une

durée At très courte, on peut par exemple admettre en première appro-

ximation que la pente (dIK/dt)tl de variation du champ magnétique à

-mesurer HM à partir de l'instant tl est la même que celle à cet ins-

tant. On peut donc admettre une relation linéaire entre la valeur initiale IKt2 à l'instant t2, au début de la période suivante du courant compensateur IK, et la valeur finale IK tl = IR à l'instant tl, au début de la durée At de la période du courant compensateur

I en cours.

K On a alors: !Kt2 = (dIK/dt)t. At (4) Les valeurs IR et At sont connues et par exemple mémorisées dans une mémoire d'écriture-lecture (RAM) du microordinateur 44. La pente dIK/dt du courant compensateur I_ est continiment déterminée à l'aide du différentiateur 41 du circuit selon figure 12 et échantillonnée par le circuit d'échantillonnage-maintien 42 chaque fois que le courant compensateur IK mesuré atteint la valeur de référence IR' puis la valeur analogique échantillonnée de la pente (dlK/dt)tl est mémorisée dans la mémoire d'écriture-lecture (RAM) du microordinateur 44 après

sa conversion en une valeur numérique par le convertisseur analogique-

numérique 43. A l'aide de la formule (4), le microordinateur 44 calcule ensuite la valeur numérique de la valeur initiale IKt2, qui est également mémorisée à une adresse appropriée dans la mémoire d'écriture-lecture (RAM) du microordinateur 44. La valeur initiale IKt2 ainsi calculée est délivrée jusqu'à la fin de la durée t, à la place de la valeur nulle, sous forme de valeur de consigne du courant compensateur IK à l'entrée positive du premier différentiateur 8a, par l'intermédiaire de la borne d'entrée 46 du capteur de champ magnétique compensé 1 (cf. figure 1). Après le temps At, la valeur initiale calculée IKt2 du courant compensateur IK est ainsi ajustée à la place de IK = 0. Pendant la phase de fonctionnement suivante, au cours de laquelle ia première boucle de régulation électromagnétique

M effectue la compensation, l'entrée positive du premier différentia-

teur 8a doit de nouveau être mis à la masse d'une façon non repré-

sentée, à l'aide d'un contact de relais par exemple.

Dans une troisième méthode, la deuxième méthode peut être modifiée comme suit: les valeurs de la pente (dIK/dt) 1, converties en valeurs numériques par le convertisseur analogique-numérique 43, sont certes mémorisées dans la mémoire d'écriture-lecture du microordinateur 44, mais ce dernier calcule alors, en fonction de la valeur somme IKtl + (dI /dt)t. At, une valeur de correction du champ magnétique HM K tli

numérisé à l'instant ti et valide à la fin de chaque durée de fonction-

nement At de la seconde boucle de rïgulatien électrique, IK,tî X IR étant la valeur du courant comoensateur I, l'instant ti marquant le début de la durée de fonction At de la seconde boucle de régulation électrique E.

Au lieu de valeurs numériques, la méthode 2 ou 3 peut naturel-

lement aussi utiliser des valeurs analogiques, à condition de rem-

placer les composants numériques par des composants analogiques équivalents. La présence de bruit peut réduire la précision de mesure et

* même amener les deux régulateurs 4 et 9 à la saturation. Une augmen-

tation du gain des régulateurs augmenterait certes le signal utile,

mais amplifierait aussi l'influence du bruit, de sorte que le résul-

tat serait finalement nul. L'utilisation d'un concentrateur de champ

magnétique selon une des trois figures 9 à 11 réduit l'influence néga-

tive du bruit. Le concentrateur de champ magnétique est constitué par les deux couches minces 34 et 35 sur les figures 9 et 10 et par le noyau ferromagnétique 38 sur la figure 11. Le matériau ferreux des couches minces 34 et 35 dans l'entrefer ou du noyau ferromagnétique 38 condense les lignes du champ magnétique compensateur HK produit par la bobine 5, c'est-à-dire l'amplifie d'un facteur constant p. Le champ magnétique compensateur amplifié p.HK est ensuite mesuré par le capteur 2 dans l'entrefer considéré. Le signal utile est ainsi amplifié sans amplification simultanée du bruit, dont le pourcentage dans le courant compensateur mesuré IK diminue ainsi et par suite

influence moins la mesure.

Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art au procédé et aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à'titre d'exemples non limtatifs, sans

sortir du cadre de l'invention.

Claims (18)

Revendications

1. Procédé de mesure d'un champ magnétique (H), dans lequel une première boucle de régulation (M) produit, sous forme de valeur instantanée, un champ magnétique compensateur (HK) d'une intensité telle que la tension de sortie (U0) d'un capteur (2) contenu dans la boucle de régulation (M) est sensiblement nul, ledit procédé étant caractérisé en ce qu'une seconde boucle de régulation (E)

contenant également le capteur (2) détermine le point de fonction-

nement de ce dernier et l'asservit de façon que le champ magnétique à mesurer (HM) soit égal à la somme du champ magnétique compensateur (HK) et d'un champ magnétique apparent, égal à un multiple d'une

valeur de référence (HR) prédéterminée du champ magnétique compen-

sateur (HK), corrigée de la valeur d'action de toutes les tensions de "dérive" présentes dans la seconde boucle de régulation (E), les deux boucles de régulation (M, E) étant alternativement mises en service et la valeur absolue du champ magnétique compensateur (HK) étant toujours maintenue au-dessous de sa valeur de référence (HR) prédéterminée.

2. Procédé selon revendication 1, caractérisé en ce-que le champ magnétique compensateur (HK) est produit par un courant compensateur (IK); et à l'instant du démarrage, ainsi que chaque fois que la valeur absolue du courant compensateur (IK) atteint une valeur de référence IR, cette égalité est décelée, la valeur de consigne du courant compensateur (IK) est annulée et une brève commutation de

la première (M) sur la seconde (E) boucle de régulation est produite.

3. Procédé selon revendication 2, caractérisé en ce que la pente dIK/dt du courant compensateur (IK) est déterminée en permanence par un différentiateur (41); les valeurs analogiques de la pente dIK/dt sont échantillonnées par un circuit d'échantillonnage-maintien (42) chaque fois que le courant compensateur (IK) atteint la valeur de référence IR à l'instant ti; un convertisseur analogique-numérique

convertit en valeurs numériques les valeurs analogiques échantillon-

nées de la pente (dIK/dt)tl; lesdites valeurs numériques sont mémori-

sées chacune dans une mémoire d'écriture-lecture d'un microordinateur

(44); à l'aide de la formule IKt2 = (dlK/dt) At, le microordi-

(44; l'adedea frmue K,t2 = dK/tt.t, emirodi

nateur (44) calcule à chaque fois une valeur initiale IKt2 du cou-

rant compensateur (IK), At étant la durée de fonctionnement considérée de la seconde boucle de régulation (E); et la valeur initiale it2 du courant compensateur (IK) est utilisée comme valeur de consigne de ce dernier jusqu'à la fin de la durée de fonctionnement At.

4. Procédé selon revendication 2, caractérisé en ce que la pente d IK/dt-du courant compensateur (IK) est déterminée en permanence par un différentiateur (41) ; les valeurs analogiques de la pente dIK/dt sont échantillonnées par un circuit d'échantillonnage-maintien (42) chaque fois que le courant compensateur (IK atteint la valeur de référence IR à l'instant tl; un convertisseur analogique-numérique (43) convertit ensuite en valeurs numériques les valeurs analogiques échantillonnées de la pente (dIK/dt)t; lesdites valeurs numériques sont ensuite mémorisées dans une mémoire d'écriture-lecture d'un microordinateur (44); et le microordinateur (44) calcule, en fonction de la valeur somme IKti + (dIK/dt)tl. At, une valeur de correction du champ magnétique (M) numérisé à l'instant tl, valide à la fin de chaque durée de fonctionnement At de la seconde boucle de régulation (E), It étant la valeur du courant compensateur (1K) à l'instant K,tlK tl marquant le début de la durée de fonctionnement At de la seconde

boucle de régulation.

5. Dispositif de mesure d'un champ magnétique (Hm), comportant une première boucle de régulation (M) pour la production d'un champ magnétique compensateur (HK) d'une intensité telle que la tension de sortie (U o) d'un capteur (2) contenu dans la boucle de régulation (M) est sensiblement nulle, ledit dispositif étant caractérisé par une seconde boucle de régulation (E), comprenant également le capteur (2) et destiné à la détermination et à l'asservissement du point de fonctionnement de ce dernier, la seconde boucle de régulation (E) comprenant une entrée électrique du capteur (2); et par un dispositif de commutation (3; 6; 7) pour la mise en service alterné des deux

boucles de régulation (M), (E).

6. Dispositif selon revendication 5, caractérisé en ce que la première boucle de régulation (M) comprend, outre le capteur (2), un différentiateur (8b), un inverseur (3b), un premier régulateur

(4) et un élément pour la production du champ magnétique compensa-

teur (HK).

7. Dispositif selon revendication 6, caractérisé en ce que le

premier régulateur (4) est un amplificateur à transconductance.

8. Dispositif selon une des revendications 6 ou 7, caractérisé en

ce que l'élément pour la production du champ magnétique compensateur

(HK) est une bobi1Le (5) parcourue par un courant compensateur (IK).

9. Dispositif selon revendication 8, caractérisé en ce que la bobine (5) est une bobine plate métallique en spirale, déposée sur

la surface d'un cristal semiconducteur (33); le capteur (2) est dif-

fusé dans le cristal semiconducteur (33) à partir de la surface; un entrefer étroit se trouve entre deux couches minces ferromagnétiques (34, 35), au-dessus du capteur (2) et sensiblement au-dessous du milieu d'une moitié de la bobine (5); et les deux couches minces (34, 35) sont fixées avec isolation électrique totale sur la surface du cristal semiconducteur (33), entre ladite surface et la demi-bobine,

de façon à se trouver dans le prolongement l'une de l'autre.

10. Dispositif selon revendication 8, caractérisé en ce que la bobine (5) est une minibobine, bobinée sur une carcasse (37) dont le logement du noyau de fer contient un cristal semiconducteur (33) qui e remplit aussi totalement que possible; le capteur (2) est diffusé dans le cristal semiconducteur (33) à partir de la surface; un entrefer étroit se trouve au-dessus du capteur (2), entre les deux couches minces ferromagnétiques (34, 35); et les deux couches minces (34, 35) sont fixées avec isolation électrique sur la surface du

cristal semiconducteur (33) de façon à se trouver dans le prolonge-

ment l'une de i'autre.

11. Dispositif selon revendication 8, caractérisé en ce que la bobine (5) est bobinée sur un noyau ferromagnétique annulaire plat (38), qui présente un petit entrefer dans lequel est disposé le capteur (2), ce dernier et la bobine (5) avec son noyau (38) étant monté sur une plaquette iso]ante (39) qui comporte, au voisinage du centre du noyau ferromagnétique annulaire (38), une ouverture traversée à peu près perp'endiculairement au plan de la plaquette (39) par un conducteur (40) dans lequel circule un courant produisant

le champ magnétique à mesurer (HM).

12. Dispositif selon une quelconque des revendications 5 à 11,

caractérisé en ce que la seconde boucle de régulation (E) comprend, outre le capteur (2), un différentiateur (8b) un contact d'ouverture 3c et un second régulateur (9).

13. Dispositif selon une quelconque des revendications 5 à 12,

caractérisé en ce que le second régulateur (9) comprend un conden-

sateur comme accumulateur de tension.

14. Dispositif selon une quelconque des revendications 5 à 13,

caractérisé en ce que le dispositif de commutation (3; 6; 7) est constitué par une résistance (6), un détecteur de tension (7) et un

commutateur (3).

15. Dispositif selon revendication 14, caractérisé en ce que le

détecteur de tension (7) comprend un premier (21) et un second com-

parateur (22), dont les sorties sont reliées chacune à une entrée

d'un opérateur OU (23).

16. Dispositif selon une quelconque des revendications 1 à 15,

caractérisé en ce qu'il fait partie du dispositif de mesure d'un

compteur d'électricité.

17. Montage de mesure d'un champ magnétique, caractérisé par deux dispositifs (la, lb) selon revendication 5, comportant chacun une sortie analogique (11la, 11b), lesdites sorties étant reliées à la

sortie du dispositif par un autre inverseur commun (30b) et présen-

tant un fonctionnement symétrique.

18. Montage selon revendication 17, caractérisé en ce qu'il fait

partie du dispositif de mesure d'un compteur d'électricité.