FR2664972A1 - Capteur de deplacement a circuit oscillant couple magnetiquement a une cible conductrice. - Google Patents
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Abstract
Un circuit d'excitation (3) engendre des impulsions d'excitation du circuit oscillant (2) et un circuit de mesure (4) mesure le temps d'amortissement des oscillations dans le circuit oscillant après chaque impulsion d'excitation. Du fait des pertes par courant de Foucault dans la cible (1), le temps d'amortissement est lié à la distance entre la cible (1) et le circuit oscillant (2). Dans une variante, les signaux d'excitation et de mesure sont transmis sous forme optique pour permettre de déporter une partie des circuits électronique hors du milieu hostile où peut se trouver la cible (1).
Description
La présente invention a pour objet un capteur de déplacement comprenant un circuit oscillant couplé magnétiquement à une cible conductrice dont le déplacement est à mesurer, des moyens d'excitation électrique dudit circuit oscillant, et des moyens de mesure d'une grandeur électrique du circuit oscillant excité, grandeur liée à la distance entre la cible et le circuit oscillant.
Un tel capteur présente, de façon connue, un certain nombre d'avantages, dont les plus importants sont la résistance à la pollution en ambiance hostile et l'absence de contact entre le capteur et la cible.
On connaît déjà des capteurs du type défini ci-dessus.
Dans ces capteurs connus, le circuit oscillant est -excité en ondes entretenues, et la grandeur électrique mesurée, liée à la distance entre la cible et le circuit oscillant est soit la fréquence, soit le courant. Ces capteurs ont cependant pour inconvénient une sensibilité relativement grande aux dérives des conditions extérieures, et notamment aux dérives de température. De plus, avec ces capteurs, il est difficile de déporter les circuits électroniques d'excitation et de mesure à distance du circuit oscillant, par exemple pour les disposer dans une ambiance moins perturbée et moins hostile.En effet, d'une part les connexions électriques longues entre le circuit oscillant et les circuits électroniques d'excitation et de mesure sont susceptibles de capter des parasites qui perturbent les signaux analogiques qu'elles transportent, et d'autre part ces connexions ramènent, à cause de leur grande longueur, des inductances et des capacités parasites, qui perturbent le fonctionnement des circuits électroniques.
La présente invention vise à pallier les inconvénients précédents.
A cet effet, elle a pour objet un capteur du type défini ci-dessus, caractérisé par le fait que lesdits moyens d'excitation produisent une excitation impulsionnelle du circuit oscillant, et lesdits moyens de mesure mesurent le temps d'amortissement des oscillations dudit circuit oscillant après chaque impulsion d'excitation.
Dans le capteur de l'invention le circuit oscillant est excité par des impulsions d'excitation, qui donnent naissance à des oscillations dans le circuit oscillant.
Entre deux impulsions d'excitation successives, ces oscillations s'amortissent avec une constance de temps d'autant plus faible que les pertes dans le circuit sont élevées. Or, plus la distance entre la cible conductrice et le circuit oscillant est faible, plus les pertes par courant de Foucault sont importantes. I1 en résulte que la mesure du temps d'amortissement est représentative de la distance entre la cible et le circuit oscillant.
Comme le phénomène précédent s'avère relativement moins sensible aux dérives en température que les phénomènes mis en oeuvre dans les capteurs connus, le comportement en température du capteur de l'invention est amélioré par rapport à ces capteurs connus. De plus, en cas de déport des circuits électroniques, la forme impulsionnelle du signal d'excitation le rend facile à transporter.
Avantageusement, lesdites impulsions d'excitation sont d'amplitude et de largeur constantes, et lesdits moyens de mesure comprennent des moyens de détection, disposés au voisinage dudit circuit oscillant, pour détecter le franchissement d'un seuil bas par l'amplitude des oscillations amorties et engendrer un signal de détection impulsionnel, et des moyens de traitement dudit signal de détection.
Dans ce cas, la forme impulsionnelle du signal de détection le rend facile à transporter sur une grande distance, ce qui permet si nécessaire de déporter tous les circuits électroniques dans une ambiance relativement peu hostile, à l'exception toutefois du circuit qui assure la détection qui doit rester au voisinage du circuit oscillant.
Avantageusement encore, il est prévu des moyens de transmission, sous forme optique, dudit signal d'excitation et dudit signal de détection, respectivement.
Dans ce cas, les signaux d'excitation et de détection sont transportables sur une distance assez longue sans risque de perturbations parasites, et l'isolation galvanique entre le circuit oscillant et le reste du capteur est parfaite.
Avantageusement toujours, chaque impulsion du signal de détection commande l'émission d'une impulsion d'excitation par le circuit d'excitation.
Cette caractéristique se traduit par le fait que la fréquence de recurrence des impulsions du signal d'excitation et du signal de détection est représentative de la distance à mesurer.
La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante de la forme de réalisation préférée du capteur de l'invention, et d'une de ses variantes, faite en se référant aux dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 représente un schéma par blocs du capteur de l'invention, - la figure 2 représente un schéma par blocs du circuit de mesure du capteur de la figure 1, - la figure 3 représente une variante du capteur de la fig. 1, mettant en oeuvre des liaisons par fibres optiques, et, - la figure 4 représente les diagrammes temporels des principaux signaux dans les capteurs des figures 1 et 3.
En se référant à la figure 1, un capteur de déplacement, pour mesurer les déplacements d'un objet conducteur 1, ou cible, est maintenant décrit.
Le capteur comprend tout d'abord, de façon connue, un circuit oscillant 2 comprenant un condensateur 21 et une bobine d'inductance 22, montés ici en série, la bobine 22 étant assez proche de l'objet 1 pour être couplée magnétiquement à celui-ci.
Un circuit d'excitation 3 est pourvu d'une entrée de commande recevant un signal DF et d'une sortie délivrant un signal E, reliée à la borne du condensateur 21 opposée à la borne commune entre le condensateur 21 et la bobine 22. La borne de la bobine 22 opposée à cette borne commune est reliée ici à la masse.
Un circuit de mesure 4 est pourvu d'une entrée recevant un signal OA prélevé sur la borne commune à la bobine 22 et au condensateur 21, d'une première sortie délivrant le signal DF, et d'une deuxième sortie délivrant un signal DV.
En se référant à la figure 2, le circuit de mesure 4 comprend un circuit de détection 41, qui reçoit le signal OA et délivre le signal DF, et un circuit de traitement 42, qui reçoit le signal DF et délivre le signal DV.
Le capteur qui vient d'être décrit fonctionne comme suit, en référence à la figure 4, qui représente les diagrammes temporels des signaux E, OA et DF respectivement.
Ainsi qu'il apparaît sur la figure 4, le signal E, qui est le signal d'excitation du circuit oscillant 2, est de forme impulsionnelle, c'est-à-dire qu'il est non nul seulement pendant des impulsions qui sont ici d'amplitudes et de largeurs constantes et qui, comme cela sera mieux compris dans la suite, sont séparées les unes des autres d'un temps suffisant pour laisser aux oscillations dans le circuit oscillant 2 le temps de s'amortir.
En effet, et de façon connue, l'application d'une impulsion électrique au circuit oscillant 2 provoque dans ce dernier des oscillations qui s'amortissent d'autant plus vite que les pertes du circuit oscillant sont élevées. Le signal OA, qui correspond à la tension aux bornes de la bobine 22, a donc l'allure représentée sur la figure 4, qui comprend une suite de salves d'oscillations amorties, chaque salve suivant l'application d'une impulsion du signal E.
Les pertes dans le circuit oscillant sont dues principalement aux pertes par courant de Foucault dans la cible 1, liées au couplage magnétique entre la bobine 22 et la cible 1. Ces pertes sont d'autant plus élevées que la cible 1 est proche de la bobine 22.
L'amortissement des oscillations du signal OA est donc d'autant plus rapide que la cible 1 et la bobine 22 sont rapprochées. Sur la figure 4, l'allure de la suite de salves du signal OA, de plus en plus longues, traduit par exemple un éloignement progressif de la cible 1 et de la bobine 22.
Le circuit de mesure 4 mesure le temps d'amortissement des oscillations du signal OA après chaque impulsion du signal E. Ici, comme ces impulsions sont d'amplitude et de largeur constantes, il suffit que le circuit de détection 41 détecte le franchissement d'un seuil bas, ici proche de zéro, par l'amplitude des oscillations amorties du signal OA.
A cet effet, le circuit de détection 41 comprend un circuit de redressement double alternance suivi d'un comparateur de l'amplitude du signal redressé, comparateur qui délivre une impulsion brève au moment ou l'amplitude décroissante du signal redressé franchit le seuil bas. L'allure du signal impulsionnel correspondant
DF, en sortie du circuit de détection 42, est représentée sur la figure 4. Sur cette figure, il apparaît une impulsion à chaque fois qu'une salve du signal OA arrive à sa fin.
DF, en sortie du circuit de détection 42, est représentée sur la figure 4. Sur cette figure, il apparaît une impulsion à chaque fois qu'une salve du signal OA arrive à sa fin.
Ici, chaque impulsion du signal DF est utilisée pour commander aussitôt l'émission, par le circuit d'excitation 3, d'une impulsion du signal E. I1 en résulte que la fréquence de répétition des impulsions du signal d'excitation E, comme celle du signal DF, est d'autant plus élevée que la distance est faible entre la cible 1 et la bobine 22. Le signal DF est donc représentatif du déplacement à mesurer.
Cependant, dans certains cas, on préfère disposer d'un signal dont l'amplitude varie comme la distance à mesurer. Ici c'est le circuit 42 qui, en réponse au signal DF, élabore le signal DV dont l'amplitude est représentative de la distance à mesurer. A cet effet, et par exemple, le circuit 42 transforme chaque intervalle entre deux impulsions du signal DF en une salve d'impulsions fines de largeurs et d'amplitudes calibrées, qui sont appliquées à un intégrateur suivi d'un échantillonneur bloqueur.
La forme impulsionnelle des signaux E et DF, et le fait que l'information utile qu'ils transportent soit représentée par leurs fréquences, les rendent faciles à transmettre à distance.
Ainsi la figure 3 représente une variante du capteur de l'invention dans lequel une partie importante de l'électronique, en l'occurrence le circuit d'excitation 3 et le circuit de traitement 42 sont disposées à distance du circuit oscillant 2 et du circuit de détection 41, et reliés à ceux-ci par l'intermédiaire de liaisons optiques assurant une isolation galvanique parfaite. Pour la transmission du signal E il est prévu, en sortie du circuit d'excitation 3, une diode électroluminescente 51 qui attaque une fibre optique 52 suivie d'une photodiode 53 dont la sortie est reliée au circuit oscillant 2. Pour la transmission du signal DF, il est prévu en sortie du circuit de détection 41 une diode électroluminescente 61, qui attaque une fibre optique 62 suivie d'une photodiode 63 reliée au circuit de traitement 42 et au circuit d'excitation 3.
Un circuit d'alimentation 43 prélève, grâce à une photodiode 54, une partie de l'énergie lumineuse transmise par la fibre 52. Le circuit d'alimentation 43 transforme l'énergie ainsi prélevée en énergie électrique qui permet l'alimentation du circuit 41.
Ainsi l'ensemble comprenant le circuit oscillant, le circuit de détection 41 et le circuit d'alimentation 43, qui doit être placé au voisinage de la cible 1 dans un milieu le plus souvent pollué et hostile, est relié au reste de l'électronique du capteur, disposé à distance, dans un milieu moins hostile, par l'intermédiaire des deux fibres optiques 52 et 62 seulement.
Dans le cas où la puissance lumineuse disponible en sortie de la fibre 52 est relativement faible, il se peut qu'il soit impossible de transmettre toutes les impulsions du signal DF vers le circuit 42, car la transmission de chacune de ces impulsions consomme une certaine énergie. On peut alors prévoir, en sortie du circuit de détection 41, un compteur recevant le signal
DF et délivrant seulement une impulsion en sortie lorsque N impulsions du signal DF se sont produites. On réduit ainsi le rythme des impulsions à émettre pour consommer moins d'énergie, au prix d'une perte d'information qui est faible si les déplacements à mesurer ne sont pas trop rapides. L'homme du métier est en mesure d'adapter le circuit de traitement 42 à une telle modification.
DF et délivrant seulement une impulsion en sortie lorsque N impulsions du signal DF se sont produites. On réduit ainsi le rythme des impulsions à émettre pour consommer moins d'énergie, au prix d'une perte d'information qui est faible si les déplacements à mesurer ne sont pas trop rapides. L'homme du métier est en mesure d'adapter le circuit de traitement 42 à une telle modification.
De même, l'invention n'est pas limitée au capteur qui vient d'être décrit dans lequel chaque impulsion du signal DF en sortie du circuit de détection 41 commande aussitôt l'émission d'une impulsion d'excitation par le circuit d'excitation 3. Par exemple, la fréquence de recurrence des impulsions du signal E peut être choisie constante, telle que deux impulsions consécutives soient séparées par une durée supérieure à la durée maximale d'amortissement des oscillations dans le circuit oscillant 2 correspondant à la distance maximale entre la cible 1 et ce circuit, et c'est la durée qui sépare une impulsion du signal E de l'impulsion suivante du signal DF qui est alors prise comme représentative de la distance à mesurer.
De même, dans le cas de la figure 3, on peut remplacer la diode électroluminescente 51 par une diode laser, pour augmenter la puissance lumineuse transmise par la fibre 52.
I1 est également possible, au lieu d'utiliser un circuit oscillant série comme le circuit 2, d'utiliser un circuit oscillant parallèle.
Claims (4)
1. Capteur de déplacement comprenant un circuit oscillant (2) couplé magnétiquement à une cible (1) conductrice dont le déplacement est à mesurer, des moyens (3) d'excitation électrique dudit circuit oscillant (2), et des moyens de mesure (4) d'une grandeur électrique du circuit oscillant (2) excité, grandeur liée à la distance entre la cible (1) et le circuit oscillant (2), capteur caractérisé par le fait que lesdits moyens d'excitation (3) produisent une excitation impulsionnelle (E) du circuit oscillant, et lesdits moyens de mesure (4) mesurent le temps d'amortissement des oscillations (OA) dudit circuit oscillant (2) après chaque impulsion d'excitation.
2. Capteur selon la revendication 1, dans lequel lesdites impulsions d'excitation (E) sont d'amplitude et de largeur constantes, et lesdits moyens de mesure (4) comprennent des moyens de détection (41), disposés au voisinage dudit circuit oscillant (2), pour détecter le franchissement d'un seuil bas par l'amplitude des oscillations amorties (OA) et engendrer un signal de détection impulsionnel (E), et des moyens de traitement (42) dudit signal de détection (DF).
3. Capteur selon la revendication 2, dans lequel il est prévu des moyens (51, 52, 53, 61, 62, 63) de transmission, sous forme optique, dudit signal d'excitation (E), et dudit signal de détection (DF), respectivement.
4. Capteur selon l'une des revendications 2 ou 3, dans lequel chaque impulsion du signal de détection (DF) commande l'émission d'une impulsion d'excitation par le circuit d'excitation (3).
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