FR2597656A1 - Adjustable-field electromagnet and application to gyromagnetic-resonance filters - Google Patents
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Abstract
Description
ELECTRO-AIMANT A CHAMP REGLABLE, ET APPLICATION
AUX FILTRES A RESONANCE GYROMAGNETIQUE
La présente invention concerne un électro-aimant comprenant un noyau constitué d'au moins deux parties définissant un entrefer dont la température doit être maintenue constante; un circuit de courant entourant le noyau pour pouvoir y induire un champ magnétique; et des moyens de production de courant alimentant le circuit de courant en réponse à un signal de consigne, de manière que ledit champ magnétique puisse être réglé en fonction dudit signal de consigne.ELECTRO-MAGNET WITH ADJUSTABLE FIELD AND APPLICATION
GYROMAGNETIC RESONANCE FILTERS
The present invention relates to an electromagnet comprising a core consisting of at least two parts defining an air gap, the temperature of which must be kept constant; a current circuit surrounding the core so as to be able to induce a magnetic field there; and current generating means supplying the current circuit in response to a setpoint signal, so that said magnetic field can be adjusted in accordance with said setpoint signal.
Des électro-aimants de ce type se rencontrent notamment dans les circuits hyperfréquence, tels que des filtres, mettant en oeuvre le principe de résonance gyromagnétique.Electromagnets of this type are encountered in particular in microwave circuits, such as filters, implementing the gyromagnetic resonance principle.
Les filtres a résonance gyromagnétique utilisent des résonateurs monocristallins, par exemple de ferrite GaYIG ou YIG (grenat yttrium-fer avec ou sans gallium) ou de ferrite de lithium, ou de baryum, placés dans l'entrefer d'un électro-aimant et soumis au champ magnétique continu d'un électro-aimant; le réglage de l'intensité de ce champ magnétique permet de régler la fréquence de travail du filtre. qui fonctionne en passe-bande.Gyromagnetic resonance filters use monocrystalline resonators, for example GaYIG or YIG ferrite (yttrium-iron garnet with or without gallium) or lithium ferrite, or barium, placed in the air gap of an electromagnet and subjected the continuous magnetic field of an electromagnet; adjusting the intensity of this magnetic field adjusts the working frequency of the filter. which works in bandpass.
En théorie, la fréquence centrale du filtre est donc une fonction linéaire du courant alimentant l'électro-aimant. In theory, the central frequency of the filter is therefore a linear function of the current supplying the electromagnet.
Cependant il apparait que cette fréquence, qui correspond å la fréquence de résonance gyromagnétique, est également fonction de la température a laquelle sont soumis les résonateurs.However, it appears that this frequency, which corresponds to the gyromagnetic resonance frequency, is also a function of the temperature to which the resonators are subjected.
Dans les électro-aimants connus, le champ magnétique est réglé par l'intensité du courant qui circule dans le bobinage de l'électro-aimant. Or ce courant d'alimentation produit un effet Joule variable avec son intensité de sorte qu'il est difficile, lorsque ce courant varie, de garder constante la température de l'électro-aimant, et, par conséquent, des résonateurs placés dans son entrefer.In the known electromagnets, the magnetic field is regulated by the intensity of the current which circulates in the winding of the electromagnet. However, this supply current produces a variable Joule effect with its intensity so that it is difficult, when this current varies, to keep constant the temperature of the electromagnet, and, consequently, of the resonators placed in its air gap. .
Pour résoudre ce problème, il est connu de disposer dans l'entrefer de l'électro-aimant une résistance chauffante régulée en température, permettant en principe de compenser les variations d'effet Joule et de maintenir les résonateurs å température constante.To solve this problem, it is known to have a temperature-regulated heating resistor in the air gap of the electromagnet, which in principle makes it possible to compensate for variations in the Joule effect and to keep the resonators at constant temperature.
Néanmoins, cette solution présente plusieurs inconvénients d'une part elle est elle-même, par construction, a l'origine de déséquilibres thermiques puisque la résistance constitue une source chaude; d'autre part elle ne respecte pas la géométrie des répartitions de chaleur; et enfin elle impose des contraintes d'utilisation du filtre liées à la faible vitesse d'etablissement des équilibres thermiques nécessaires.However, this solution has several drawbacks on the one hand it is itself, by construction, the source of thermal imbalances since the resistance constitutes a hot source; on the other hand it does not respect the geometry of the heat distributions; and finally, it imposes constraints on the use of the filter linked to the low speed of establishing the necessary thermal equilibria.
Dans ce contexte, la présente invention a pour but un électro-aimant å champ réglable dans lequel la cause essentielle de déséquilibre thermique est supprimée a son origine.In this context, the object of the present invention is an electromagnet with adjustable field in which the essential cause of thermal imbalance is eliminated at its origin.
A cette fin, l'électro-aimant de l'invention est essentiellement caractérisé en ce que les moyens de production de courant alimentent le circuit de courant avec une puissance électrique indépendante dudit signal de consigne.To this end, the electromagnet of the invention is essentially characterized in that the current production means supply the current circuit with an electric power independent of said setpoint signal.
Le circuit de courant comprend par exemple des premier et second bobinages, et les moyens de production de courant comprennent des première et seconde sources de courant commandées pour faire circuler des premier et second courants respectifs dans les premier et second bobinages, ainsi que des moyens de commande agissant sur lesdites sources de maniere d'une part que la somme des carrés des premier et second courants soit constante quel que soit le signal de consigne et d'autre part que la somme algébrique des premier et second courants varie en fonction dudit signal de consigne.The current circuit comprises for example first and second windings, and the current generating means comprise first and second current sources controlled to circulate respective first and second currents in the first and second windings, as well as means for control acting on said sources so on the one hand that the sum of the squares of the first and second currents is constant whatever the setpoint signal and on the other hand that the algebraic sum of the first and second currents varies according to said signal instructions.
Dans ce qui précède et dans la description qui suit, on entend par "courant", courant I" par exemple) la grandeur électrique qui est caractérisée par une intensité (III par exemple) mesurable en ampères et par un signe algébrique dépendant de la direction de ce courant dans un conducteur par rapport d une direction conventionnelle donnée.In the foregoing and in the description which follows, the term "current" means current I for example) the electrical quantity which is characterized by an intensity (III for example) measurable in amperes and by an algebraic sign depending on the direction of this current in a conductor with respect to a given conventional direction.
De même, le "champ H* désigne la grandeur magnétique caractérisée par une intensité (HI affectée d'un signe dépendant du sens de ce champ.Likewise, the "field H * designates the magnetic quantity characterized by an intensity (HI assigned to a sign depending on the direction of this field.
De préférence, les premier et second bobinages sont bobinés ensemble sur l'électro-aimant de façon à occuper sur toute leur longueur sensiblement la même position dans l'espace.Preferably, the first and second windings are wound together on the electromagnet so as to occupy over their entire length substantially the same position in space.
Dans le cas où les première et seconde sources de courant sont des sources de courant asservies commandées par des premier et second signaux de commande produits par les moyens de commande, l'asservissement de ces sources est réalisé par prélèvement de tensions aux bornes de deux résistances respectives, respectivement montées en série avec les premier et second bobinages.In the case where the first and second current sources are controlled current sources controlled by first and second control signals produced by the control means, the control of these sources is carried out by sampling voltages across two resistors respective, respectively connected in series with the first and second windings.
I1 est par ailleurs avantageux, dans ce dernier cas, que les première et seconde résistances soient en contact thermique l'une avec l'autre, de manière notamment à éliminer les erreurs d'evaluation des premier et second courants, qui seraient dues d des différences de température des premiere et seconde résistances. I1 is also advantageous, in the latter case, that the first and second resistors are in thermal contact with each other, so as in particular to eliminate the evaluation errors of the first and second currents, which would be due to temperature differences of the first and second resistors.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description qui en est faite ci-aprés, å titre indicatif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel - la figure 1 est un schéma général du dispositif de
1 'invention, - la figure 2 est une représentation schématique partielle
d'un mode de réalisation particulier de l'invention, dans
lequel les premier et second bobinages sont bobinés
ensemble, et, - la figure 3 représente une suite d'opérations
susceptibles d'être exécutées par un microprocesseur de
contrle intégré au dispositif.Other characteristics and advantages of the invention will emerge from the description which is given below, by way of indication and in no way limiting, with reference to the appended drawing in which - FIG. 1 is a general diagram of the device for
1 invention, - Figure 2 is a partial schematic representation
of a particular embodiment of the invention, in
which the first and second windings are wound
together, and, - Figure 3 shows a sequence of operations
likely to be executed by a microprocessor of
built-in control.
La présente invention concerne un électro-aimant comportant un noyau en deux parties la, lb, (figure 2), en particulier un électro-aimant commandé de façon d produire un champ magnétique réglable H pour un résonateur gyromagnétique 2 placé dans son entrefer.The present invention relates to an electromagnet comprising a two-part core 1a, 1b, (FIG. 2), in particular an electromagnet controlled so as to produce an adjustable magnetic field H for a gyromagnetic resonator 2 placed in its air gap.
Le champ magnétique H produit par cet électro-aimant est déterminé par un signal de consigne, par exemple une tension VH dérivée d'une tension de référence VO au moyen d'un diviseur de tension réglable 3a, 3b (figure 1).
The magnetic field H produced by this electromagnet is determined by a setpoint signal, for example a voltage VH derived from a reference voltage VO by means of an adjustable voltage divider 3a, 3b (Figure 1).
Le signal analogique de tension de consigne VH est converti en un signal numérique correspondant NH par un convertisseur analogique-numérique 4, et le signal NH est fourni å un microprocesseur 5 affecté au contrôle de l'alimentation électrique de l'électro-aimant. Ce microprocesseur est programmé, selon l'algorithme représenté sur la figure 3, de maniere que le champ magnétique réglable H soit produit par des courants dont la puissance totale est essentiellement indépendante de la valeur du signal de consigne VH
Dans le mode de réalisation représenté, le microprocesseur 5 a plus particulièrement pour tâche de contrôler les courants I1 et 12 produits par deux sources de courants 6a, 6b dans deux enroulements ou bobinages indépendants 7a, 7b de l'electro-aimant, de façon telle que la somme 22 11+12 des carrés des courants Iî 12 des deux sources soit égale a une constante Q2 fixée å l'avance et que la somme algébrique I=I1+I2 de ces intensités suive une fonction f de VH (ou de NH, qui est son équivalent numérique) La somme des carrés des courants étant constante, la puissance totale de ces courants est également constante, donc indépendante de la valeur du signal de consigne VH.The analog signal of setpoint voltage VH is converted into a corresponding digital signal NH by an analog-digital converter 4, and the signal NH is supplied to a microprocessor 5 assigned to control the electrical supply of the electromagnet. This microprocessor is programmed, according to the algorithm shown in Figure 3, so that the adjustable magnetic field H is produced by currents whose total power is essentially independent of the value of the setpoint signal VH
In the embodiment shown, the microprocessor 5 has more particularly the task of controlling the currents I1 and 12 produced by two sources of currents 6a, 6b in two independent windings or coils 7a, 7b of the electromagnet, in such a way that the sum 22 11 + 12 of the squares of the currents Iî 12 of the two sources is equal to a constant Q2 fixed in advance and that the algebraic sum I = I1 + I2 of these intensities follows a function f of VH (or NH , which is its digital equivalent) The sum of the squares of the currents being constant, the total power of these currents is also constant, therefore independent of the value of the setpoint signal VH.
La fonction f est la loi bien connue et normalement linéaire liant le courant (égal, dans le dispositif de l'invention, d la somme algébrique 1=11+12) qui induit le champ magnétique dans l'électro-aimant, à ce champ magnétique H lui-même; l'expression de la fonction
I = f (H) pour un electro-aimant parfait est de la forme
K/N ou K est une constante dépendant des unités choisies et
N le nombre de spires de l'électro-aimant dans lesquelles circule le courant I.The function f is the well-known and normally linear law linking the current (equal, in the device of the invention, to the algebraic sum 1 = 11 + 12) which induces the magnetic field in the electromagnet, to this field magnetic H itself; the expression of function
I = f (H) for a perfect electromagnet is of the form
K / N or K is a constant depending on the units chosen and
N the number of turns of the electromagnet in which the current I flows.
Les bobinages 7a et 7b sont tres préférablement composés d'un même nombre N de spires. Néanmoins, dans le cas ou les bobinages 7a, 7b auraient des nombres de spires respectifs
N1, N2 différents, la loi f ne serait plus une simple fonction entre le courant résultant I=I1+I2 et le champ induit H, mais une relation plus complexe faisant intervenir l'un des courants I1 ou 12, par exemple de la forme : I = K H/N2 + Il (1 - N1/N2).The windings 7a and 7b are very preferably composed of the same number N of turns. However, in the case where the coils 7a, 7b would have respective numbers of turns
N1, N2 different, the law f would no longer be a simple function between the resulting current I = I1 + I2 and the induced field H, but a more complex relationship involving one of the currents I1 or 12, for example of the form : I = KH / N2 + Il (1 - N1 / N2).
Quoiqu'il en soit, la fonction f, qu'on supposera pour plus de simplicité de la forme I=f(H)=KH/N, avec N=N1=N2, est mise en memoire dans le microprocesseur 5.Anyway, the function f, which we assume for the sake of simplicity of the form I = f (H) = KH / N, with N = N1 = N2, is stored in the microprocessor 5.
La constante Q2 par exemple fixée à deux fois le carré de la valeur maximale du courant résultant I=I1+I2, (c'est-à-dire Q2=2.I2MAX), est également mise en mémoire dans le microprocesseur 5.The constant Q2, for example fixed at twice the square of the maximum value of the resulting current I = I1 + I2, (that is to say Q2 = 2.I2MAX), is also stored in the microprocessor 5.
Ce dernier calcule, d partir du signal NH qu'il reçoit du convertisseur 4, de la fonction f, et de la grandeur Q2 la somme algébrique I=I1+I2 representative du courant résultant, et les racines I1 e t I2 de l'équation X2-IX+(12-Q2)/2=O. The latter calculates, from the NH signal it receives from the converter 4, from the function f, and from the quantity Q2 the algebraic sum I = I1 + I2 representative of the resulting current, and the roots I1 and I2 of the equation X2-IX + (12-Q2) / 2 = O.
Les racines I1 et I2 représentent les courants qui doivent circuler dans les bobinages 7a, 7b de manière å faire apparaître un champ magnétique H dans 2 et qui sont tels que 2 2 l'électro-aimant, et qui sont tels que 2 + I 2=Q. The roots I1 and I2 represent the currents which must circulate in the coils 7a, 7b so as to make appear a magnetic field H in 2 and which are such as 2 2 the electromagnet, and which are such that 2 + I 2 = Q.
Des signaux numériques représentant les courants 13 et I2 sont envoyés par le microprocesseur 5 sur deux convertisseurs numériques-analogiques respectifs 8a, 8b dont les sorties respectives délivrent aux sources de courant 6a, 6b, des tensions de commande V11 et V12.Digital signals representing the currents 13 and I2 are sent by the microprocessor 5 to two respective digital-analog converters 8a, 8b whose respective outputs deliver to the current sources 6a, 6b, control voltages V11 and V12.
Les sources de courant 6a et 6b sont asservies de façon que les courants I1 et I2 qu'elles produisent respectivement correspondent aux tensions VI1 et V12 qu'elles reçoivent. The current sources 6a and 6b are controlled so that the currents I1 and I2 which they produce respectively correspond to the voltages VI1 and V12 which they receive.
La source 6a comprend essentiellement un convertisseur tension-courant 9a débitant dans une résistance lOa. Ce convertisseur produit par exemple un courant représenté par une fonction croissante de la tension de commande qui lui est appliquée.The source 6a essentially comprises a voltage-current converter 9a supplying a resistor 10a. This converter produces for example a current represented by an increasing function of the control voltage which is applied to it.
Un amplificateur lla, travaillant en differentiel, prélève la tension aux bornes de la résistance lOa et alimente un second amplificateur différentiel 12a recevant par ailleurs la tension de consigne V11. An amplifier 11a, working in differential, takes the voltage across the terminals of the resistance lOa and feeds a second differential amplifier 12a also receiving the reference voltage V11.
La tension de sortie de l'amplificateur 12a, qui est représentative de l'écart entre la tension réelle aux bornes de la résistance lOa et celle qui devrait y apparaître si le courant I1 correspondait bien å la tension de consigne VI1, est ajoutée a cette dernière dans un sommateur 13a dont la sortie commande le convertisseur tension-courant 9a.The output voltage of the amplifier 12a, which is representative of the difference between the actual voltage across the resistor 10a and that which should appear there if the current I1 corresponded well to the set voltage VI1, is added to this last in an adder 13a whose output controls the voltage-current converter 9a.
La source de courant 6b est par exemple totalement analogue d la source 6a et comprend des organes 9b à 13b homologues des organes 9a å 13a.The current source 6b is for example completely analogous to the source 6a and comprises members 9b to 13b homologous to the members 9a to 13a.
Les résistances lOa, lOb sont respectivement montées en serie avec les bobinages 7a, 7b, et ces derniers sont par exemple branchés entre la masse et les sources 6a 6b, respectivement.The resistors 10a, 10b are respectively mounted in series with the coils 7a, 7b, and the latter are for example connected between the ground and the sources 6a 6b, respectively.
Comme le suggère la figure 1 par la proximite réciproque des résistances lOa, lob, ces dernières sont de préférence en contact thermique l'une avec l'autre de manière d supprimer les effets néfastes, sur les asservissements des sources 6a, 6b, que pourraient avoir des variations relatives de résistivité des résistances lOa, lOb, dues à une différence de température entre ces dernières. As FIG. 1 suggests by the reciprocal proximity of the resistors 10a, lob, the latter are preferably in thermal contact with each other so as to eliminate the harmful effects, on the controls of the sources 6a, 6b, which could have relative variations in resistivity of resistors lOa, lOb, due to a temperature difference between the latter.
Pour obtenir la plus grande gamme de réglage possible pour
le champ H, il est nécessaire de prévoir que l'un au moins des courants I1, 12 change de sens d l'intérieur de la gamme, comme il resulte directement de l'équation du second degré de la figure 3.To obtain the greatest possible range of adjustment for
the field H, it is necessary to provide that at least one of the currents I1, 12 changes direction within the range, as it results directly from the equation of the second degree of figure 3.
Le sens d'enroulement des bobinages 7a' 7b est lié au sens initial des courants I1 I2 pour la plus petite valeur possible du champ H par la règle bien connue d'Ampère ou de Maxwell. Néanmoins. sous reserve de choisir le sens initial adequat de circulation des courant Iî. The winding direction of the windings 7a '7b is linked to the initial direction of the currents I1 I2 for the smallest possible value of the field H by the well-known rule of Ampère or Maxwell. However. subject to choosing the appropriate initial direction of current flow Iî.
12 dans les bobinages 7a 7bt ceux-ci peuvent a priori être bobinés en sens contraire comme le montre la figure 1, ou dans le même sens comme le montre la figure 2. 12 in the windings 7a 7bt these can a priori be wound in the opposite direction as shown in FIG. 1, or in the same direction as shown in FIG. 2.
La disposition de la figure 2, selon laquelle les bobinages 7a, 7b sont bobinés dans le même sens, correspond cependant au mode de réalisation préféré car elle permet à ces bobinages d'etre physiquement l'un à côté de l'autre sur toute leur longueur, c'est-å-dire d'adopter pratiquement la même disposition spatiale par rapport à l'ensemble de l'electro-aimant, donc d'adapter avec une plus grande rigueur la géométrie de la source de chaleur que constituent les bobinages a la géométrie de 1 'électro-aimant. The arrangement of FIG. 2, according to which the windings 7a, 7b are wound in the same direction, however corresponds to the preferred embodiment because it allows these windings to be physically next to each other over their entire length, that is to say to adopt practically the same spatial arrangement with respect to the whole of the electromagnet, therefore to adapt with greater rigor the geometry of the heat source which constitute the coils has the geometry of one electromagnet.
Bien que la description de l'invention fasse référence å l'utilisation d'un microprocesseur, il apparaîtra å l'homme de l'art que la fonction remplie, dans le schéma de la figure 1, par les convertisseurs 4, 8a et 8b, et par le microprocesseur 5 pourrait tout aussi bien être remplie par des circuits de calcul analogiques connus en eux-memes et assemblés, selon des techniques également connues, pour exécuter l'algorithme de la figure 3. Although the description of the invention refers to the use of a microprocessor, it will be apparent to those skilled in the art that the function fulfilled, in the diagram of FIG. 1, by the converters 4, 8a and 8b , and by the microprocessor 5 could just as easily be fulfilled by analog calculation circuits known in themselves and assembled, according to techniques also known, to execute the algorithm of FIG. 3.
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8404198A FR2597656A1 (en) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | Adjustable-field electromagnet and application to gyromagnetic-resonance filters |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8404198A FR2597656A1 (en) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | Adjustable-field electromagnet and application to gyromagnetic-resonance filters |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2597656A1 true FR2597656A1 (en) | 1987-10-23 |
Family
ID=9302166
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8404198A Pending FR2597656A1 (en) | 1984-03-19 | 1984-03-19 | Adjustable-field electromagnet and application to gyromagnetic-resonance filters |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| FR (1) | FR2597656A1 (en) |
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