FR2774467A1

FR2774467A1 - Capteur sans contact pour mesurer la longueur d'un fil, procede de mesure utilisant ce capteur et dispositif pour la mise en oeuvre du procede

Info

Publication number: FR2774467A1
Application number: FR9801201A
Authority: FR
Inventors: Thierry Berthonneau
Original assignee: FIL CONTROL
Current assignee: FIL CONTROL
Priority date: 1998-02-03
Filing date: 1998-02-03
Publication date: 1999-08-06
Anticipated expiration: 2018-02-03
Also published as: FR2774467B1

Abstract

Capteur sans contact pour la mesure de la longueur d'un fil (F) chargé de charges électrostatiques, ce capteur comportant une paire d'électrodes conductrices parallèles (1, 2) espacées d'une distance prédéterminée D, devant lesquelles le fil est destiné à se déplacer, chaque électrode étant apte à délivrer un signal analogique représentatif du passage des charges électrostatiques du fil devant ladite électrode avec un décalage de temps mutuel DELTAt1, caractérisé par le fait qu'il comporte une deuxième paire d'électrodes conductrices parallèles (3, 4) espacées d'une distance prédéterminée d, devant lesquelles le fil est destiné à se déplacer, chaque électrode de la deuxième paire étant apte à délivrer un signal analogique représentatif du passage des charges électrostatiques du fil devant ladite électrode avec un décalage de temps mutuel DELTAt2, la deuxième paire d'électrodes formant un angle prédéterminé 8 avec la première paire d'électrodes.

Description

CAPTEUR SANS CONTACT POUR MESURER LA LONGUEUR
D'UN FIL, PROCÉDÉ DE MESURE UTILISANT CE CAPTEUR
ET DISPOSITIF POUR LA MISE EN OEUVRE DU PROCÉDÉ
La présente invention concerne un capteur sans contact pour mesurer la longueur d'un fil chargé de charges électrostatiques, un procédé de mesure de la longueur d'un fil utilisant ce capteur, et un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé. L'invention s'applique notamment à l'industrie textile et, en particulier, aux machines textiles utilisant par exemple des fils en fibres de verre ou en fibres textiles.

Il est souvent nécessaire de pouvoir mesurer exactement la longueur d'un fil, notamment dans le cas où le fil est enroulé sur une bobine. En effet, une machine textile utilise généralement une pluralité de bobines et si toutes les bobines n'ont pas la même longueur de fil, l'une des bobines se vide avant les autres, ce qui entraîne l'arrêt de la machine. Dès lors, les longueurs de fil restant sur les bobines non vidées sont perdues et, en plus, il faut nettoyer les noyaux d'enroulement des bobines non vidées en enlevant le fil restant pour pouvoir réutiliser les bobines vides. Une bobine porte généralement de 80 à 500 km, et plus particulièrement de 100 à 185 km de fil. Il faut donc mesurer la longueur de fil avec une précision suffisante.

Un procédé bien connu dans llétat de la technique consiste à faire passer le fil sur une roulette et à compter le nombre de tours de la roulette pour déterminer la longueur de fil dévidé sur la base de la circonférence de la roulette. Toutefois, on constate que cette façon de procéder est impossible à maintenir, dès lors que les fils subissent un travail de plus en plus élaboré pour leur donner des caractéristiques particulières, car il devient important de ne pas toucher le fil pour maintenir sa qualité.

Dans llétat de la technique, notamment dans EP-582 112 et DE4 434 234, on a déjà proposé d'effectuer cette mesure en déterminant la vitesse de défilement du fil. On utilise le fait que le fil est un support isolant, sur lequel sont réparties naturellement des charges électrostatiques, cette répartition étant constante dans le temps, mais variable selon le point du fil. On utilise comme capteur deux électrodes parallèles rectilignes perpendiculaires à la direction du fil. Sur chaque électrode, on enregistre un signal qui correspond au passage de la charge électrostatique d'un point du fil devant l'électrode. Comme la charge en un point est constante, le signal de la deuxième électrode correspond au signal de la première décalé dans le temps. On peut alors effectuer un traitement des deux signaux, par exemple par intercorrélation, pour déterminer le décalage de temps d'un signal par rapport à l'autre. Etant donné que l'on connaît la distance entre les électrodes, on peut calculer la vitesse du fil et ensuite, la longueur de fil qui passe devant le capteur pour une durée donnée.

Ce procédé connu est satisfaisant dans le cas où le fil a une tension mécanique constante et un défilement rectiligne fixe. Or, dans le cas de l'enroulement d'un fil sur une bobine, le fil a généralement une direction variable puisqu'il balaie régulièrement la longueur de la bobine, de sorte qu'au niveau de son passage devant les électrodes, il a un mouvement de déplacement angulaire par rapport à la direction fixe des deux électrodes parallèles. Comme le fil n'est généralement pas perpendiculaire aux électrodes, la distance inter-électrode ne correspond pas à la distance réelle parcourue par le fil pendant le décalage de temps calculé. Dès lors, on obtient une mesure de la vitesse V du fil avec une erreur qui est fonction de cos a, où a est l'angle formé par la direction du fil F par rapport au plan perpendiculaire à la paire d'électrodes 1,2, comme visible sur la figure 3. Ce procédé minore donc systématiquement la distance réelle parcourue par le fil, ce qui est une source importante d'erreurs.

L'invention a donc pour but d'éliminer les inconvénients précités et de proposer un capteur sans contact pour la mesure de la longueur d'un fil, qui permette de mesurer très précisément la longueur de fil, quelle que soit son orientation de défilement.

A cet effet, l'invention a pour objet un capteur sans contact pour la mesure de la longueur d'un fil chargé de charges électrostatiques, ce capteur comportant une première paire d'électrodes conductrices parallèles espacées d'une distance prédéterminée D, devant lesquelles le fil est destiné à se déplacer, chaque électrode étant apte à délivrer un signal analogique représentatif du passage des charges électrostatiques du fil devant ladite électrode avec un décalage de temps mutuel Atl, caractérisé par le fait qu'il comporte une deuxième paire d'électrodes conductrices parallèles espacées d'une distance prédéterminée d, devant lesquelles le fil est destiné à se déplacer, chaque électrode de la deuxième paire étant apte à délivrer un signal analogique représentatif du passage des charges électrostatiques du fil devant ladite électrode avec un décalage de temps mutuel At2, la deuxième paire d'électrodes formant un angle prédéterminé 8 avec la première paire d'électrodes.

L'angle 3 formé entre les deux paires d'électrodes est avantageusement compris entre 10 et 450 et, de préférence, voisin d'environ 30".

De préférence, la deuxième paire d'électrodes est intercalée entre les électrodes de la première paire. Dans ce cas, la distance D est supérieure à la distance d.

Avantageusement, chaque électrode est constituée d'un couple de demi-électrodes adjacentes, le capteur comportant un moyen de soustraction pour effectuer une soustraction entre les signaux émis par chaque demi-électrode d'une même électrode et pour délivrer en sortie un signal résultant qui est affranchi des signaux parasites extérieurs.

Dans une première variante, les demi-électrodes sont formées par deux pistes conductrices adjacentes sur une plaque de circuit imprimé.

Dans une autre variante, les demi-électrodes sont formées par deux couches conductrices isolées superposées d'une plaque multicouches la faible distance existant entre les deux couches conductrices est suffisante pour constituer le couple de demi-électrodes d'une même électrode.

Dans un premier mode de réalisation, utilisable dans le cas où le fil se déplace angulairement dans un plan, les électrodes ou les demiélectrodes ont la forme de barrettes conductrices rectilignes.

Dans un autre mode de réalisation, utilisable dans le cas où le fil se déplace sur un cône de révolution d'axe fixe, les électrodes sont annulaires et inscrites sur un cône de révolution coaxial au cône décrit par le fil, le cône des électrodes annulaires ayant le même angle au sommet que le cône du fil et ayant, dans un plan perpendiculaire à son axe, une section droite circonscrite à celle du cône du fil. Le cône des anneaux est obtenu par translation du cône du fil selon l'axe commun des deux cônes. De préférence, la première paire d'électrodes est formée d'électrodes annulaires circulaires et la deuxième paire d'électrodes est formée d'électrodes annulaires elliptiques, chaque électrode pouvant être constituée de deux demi-électrodes comme précédemment indiqué.

Dans le deuxième mode de réalisation, les électrodes annulaires peuvent être réalisées en ménageant un orifice circulaire ou elliptique à travers une ou plusieurs couches conductrices d'une plaque multicouches. Ceci permet d'éviter la zone de perturbation qui, lorsqu'on réalise un anneau en fil, se trouve obligatoirement dans la zone où les deux extrémités du fil annulaire sont réunies pour fermer l'anneau. Dans cette zone, il y a une perturbation du signal qui est beaucoup plus importante que celle due au défilement du fil et l'on évite cette perturbation en utilisant une couche comportant un orifice.

L'invention vise également un procédé de mesure de la longueur d'un fil chargé de charges électrostatiques, utilisant le capteur défini précédemment, caractérisé par le fait qu'il consiste
- à intercorréler les signaux émis par la première paire d'électrodes pour calculer, à partir du maximum d'intercorrélation, le décalage Atl entre les deux signaux et à intercorréler les signaux émis par la deuxième paire d'électrodes pour calculer, à partir du maximum d'intercorrélation, le décalage At2 entre les deux signaux,
- à calculer la vitesse réelle V de défilement du fil à partir de la formule suivante:

- à calculer la longueur de fil ayant défilé, pour une durée de défilement donnée T, par la formule L = V.T
Avantageusement, le procédé consiste
- à convertir les signaux analogiques émis par les électrodes en signaux numériques ayant un nombre N de points de mesures i espacés par une même période d'échantillonnage Te pour une période d'observation donnée To, où To=N.Te,
- à calculer, pour chaque paire d'électrodes, la fonction d'intercorrélation associée Cxy(n) selon la formule suivante

où x(i) et y(i) représentent respectivement l'amplitude du signal numérique des deux électrodes d'une même paire pour un point de mesure i, n variant entre - N et N,
- à déterminer le point d'intercorrélation maximale nmax correspondant au maximum d'amplitude de la fonction d'intercorrélation Cxy(n),
- à calculer le décalage de temps At entre les deux signaux par la formule At = nmax.Te
L'invention a également pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé précité, caractérisé par le fait qu'il comporte le capteur précité, ledit capteur étant connecté à une unité de calcul pour effectuer l'intercorrélation des signaux et calculer les décalages de temps, la vitesse de défilement du fil et la longueur de fil ayant défilé pour un temps donné, et une unité d'affichage de la longueur de fil mesurée.

Avantageusement, le capteur comporte un système d'amplification et de filtrage pour à la fois soustraire les signaux de chaque couple de demi-électrodes et les amplifier.

Selon une autre caractéristique, l'unité de calcul est associée à un moyen pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques.

Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va en décrire maintenant, à titre d'exemples purement illustratifs et non limitatifs, plusieurs modes de réalisation représentés sur le dessin annexé.

Sur ce dessin:
- la figure 1 est un schéma synoptique fonctionnel de la partie du dispositif de l'invention, qui est associée à la première paire d'électrodes
- la figure 2 est un schéma synoptique fonctionnel de la partie de la tête de mesure du dispositif de l'invention, qui est associée à la première paire d'électrodes;
- la figure 3 est une représentation géométrique dans un même plan des deux paires d'électrodes du capteur de l'invention
- la figure 4 est une vue en perspective des deux paires d'électrodes d'un autre mode de réalisation du capteur de l'invention;
- les figures SA et 5B sont des graphiques représentant respectivement un signal analogique à amplitude variable et le même signal converti en numérique;
- les figures 6A et 6B sont des graphiques représentant deux signaux numériques identiques, mais décalés dans le temps
- la figure 7 est un graphique représentant la fonction d'intercorrélation des signaux des figures 6A et 6B en fonction du décalage dans le temps;
- les figures 8 et 9 sont des graphiques représentant l'évolution de l'erreur sur la vitesse en fonction de l'évolution des erreurs de mesure sur les décalages de temps, pour des angles différents entre les deux paires d'électrodes ; et
- la figure 10 est un schéma synoptique fonctionnel plus détaillé du dispositif de l'invention.

On va maintenant se référer aux figures 1 à 3 qui représentent un premier mode de réalisation du dispositif de l'invention. Ce dispositif comporte une première paire d'électrodes parallèles 1,2 espacées l'une de l'autre d'une distance D, et une deuxième paire d'électrodes parallèles 3,4 espacées l'une de l'autre d'une distance d, l'électrode 4 formant un angle 6 avec l'électrode 2, comme visible sur la figure 3.

Ces électrodes sont agencées à travers le parcours de défilement d'un fil F dont la direction peut varier dans un plan parallèle aux électrodes.

L'angle a est défini entre le fil F et une droite perpendiculaire aux électrodes 1,2. Les électrodes 3,4 sont agencées entre les deux électrodes 1,2, mais on pourrait prévoir l'inverse en variante.

On va maintenant se référer plus particulièrement aux figures 1 et 2 qui représentent une variante avantageuse de réalisation des électrodes. Chaque électrode 1,2 est constituée de deux demi-électrodes lil, 1 et 2~, 2b qui sont adjacentes et parallèles entre elles. Bien entendu, l'autre paire d'électrodes 3,4 peut également être constituée de demi-électrodes qui ne sont pas représentées sur les figures 1 et 2 par souci de clarté.

Chaque demi-électrode est reliée en sortie à un système d'amplification et de filtrage électronique 5 qui comporte des amplificateurs 6 à grande impédance d'entrée et à gain faible reliés respectivement à une demi-électrode. Les amplificateurs 6 associés aux demi-électrodes d'une même électrode sont reliés à un soustracteur 7 pour délivrer en sortie un signal représentatif de la différence des signaux émis par les deux demi-électrodes d'une même électrode, ce qui permet de s'affranchir des perturbations électriques qui arriveraient en phase sur les demi-électrodes la lb, respectivement 2a, 2h. Chaque soustracteur 7 est relié en sortie à un amplificateur 8 à gain élevé pour obtenir des signaux avec une amplitude suffisante pour pouvoir les traiter en sortie du système électronique 5. Le rapport entre le bruit généré par la chaîne d'amplification du système 5 et le signal utile doit être élevé pour assurer un traitement correct des signaux par la suite.

Le système électronique 5 est relié à un ordinateur 9 qui comporte une carte d'acquisition ou convertisseur 10 pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques et un microprocesseur ou une unité de calcul 1 1 pour le traitement des signaux. Le traitement des signaux par l'ordinateur 9 sera décrit plus loin en référence aux figures 5 à 7.

On va maintenant décrire le fonctionnement du capteur constitué par les électrodes 1 à 4 et le système électronique 5. Le fil F peut être un fil en fibres de verre ou en fibres textiles, de taille généralement comprise entre 5,5 Tex et 68 Tex. La vitesse de défilement du fil est généralement comprise entre 80 et 200m/min et sa longueur est généralement comprise entre 80 et 500 km, plus particulièrement entre 100 et 185 km. Le fil F est généralement chargé en charges électrostatiques dont la répartition linéaire est constante dans le temps, mais variable selon le point du fil. Ainsi, les électrodes 1 à 4 peuvent délivrer une tension analogique qui est l'image des charges emmagasinées dans le fil lors de son défilement. On voit sur la figure 2 les courbes représentatives de la tension El (t) et E2(t) en Volts en fonction du temps t, à la sortie du système d'amplification 5 pour chaque électrode 1 et 2. Par souci de clarté, les électrodes 3,4 ont été omises sur les figures 1 et 2, mais on comprendra qu'elles sont également reliées à un système d'amplification analogue 5 pour délivrer en sortie des tensions correspondantes E3 et E4 (voir figure 10).

La tension analogique émise par chaque demi-électrode est reçue par son amplificateur associé 6 qui délivre en sortie une tension analogique amplifiée qui est reçue par un soustracteur 7. Par exemple, la tension analogique amplifiée provenant de la demi-électrode la est soustraite à la tension analogique amplifiée provenant de la demiélectrode 1h par le soustracteur 7. De manière analogue, la tension provenant de la demi-électrode 2a est soustraite à la tension provenant de la demi-électrode 2h par le soustracteur 7. Du fait de cette soustraction, l'amplitude de la tension délivrée par chaque soustracteur 7 est faible et est, par conséquent, amplifiée par un autre amplificateur respectif 8. Les demi-électrodes d'une même électrode sont, par exemple, espacées l'une de l'autre de 1 à 2 mm.

Comme chaque point du fil F passe successivement devant l'électrode 1 puis l'électrode 2, les tensions électriques El et E2 sont identiques mais décalées dans le temps d'un décalage temporel Atl, comme représenté sur la figure 2. De manière analogue, la tension E4 délivrée par l'électrode 4 est décalée d'un décalage temporel At2 de la tension E3 délivrée par l'électrode 3. Comme nous le verrons plus loin, ces deux décalages temporels doivent être déterminés afin de calculer la vitesse V de défilement du fil F. A cet effet, on procède, d'une manière connue en soi, à l'intercorrélation des signaux El et E2, la position du pic d'intercorrélation donnant le décalage temporel Asti. On procède de manière analogue pour obtenir le décalage temporel At2 entre les signaux E3 et E4. Cette intercorrélation peut s'effectuer par traitement analogique, comme décrit dans le brevet français n" 2 698 962 ou par traitement numérique comme décrit ci-dessous en référence aux figures 5 à 7.

Le convertisseur analogique/numérique 10 reçoit de chaque électrode 1 à 4 un signal analogique x(t) qui varie en continu en fonction du temps t, comme représenté sur la figure SA. La conversion consiste à mémoriser le signal analogique et à le traduire par un signal numérique qui représente la valeur de son amplitude à chaque instant de la conversion. Ce signal numérique est une suite successive de nombres binaires qui représente le signal analogique pour des instants particuliers de ce signal. Les instants de conversion i sont espacés d'une période d'échantillonnage constante Te. La période d'échantillonnage Te représente le temps entre la mesure de l'échantillon i et la mesure de l'échantillon i + 1. Ainsi, pour un signal analogique donné, le signal numérique qui correspond est une suite de nombres mesurés par intervalles réguliers sur le signal analogique. La période d'échantillonnage Te est un paramètre important car elle permet d'avoir une image plus ou moins fidèle du signal analogique.

Par exemple, la période d'échantillonnage peut être fixée à 100,us. La figure 5B montre le signal numérique x(i) correspondant au signal analogique x(t).

Chaque point de mesure i répond à la formule suivante
t = i.Te
En général, on définit une durée d'observation To qui est le temps nécessaire à l'acquisition de tous les points de mesure i. Cette durée d'observation est fixée par le nombre N de points de mesure et par la période d'échantillonnage Te. Ainsi, on obtient To = N.Te.

Le programme 1 1 de l'ordinateur 9 va alors traiter les signaux numériques issus du convertisseur 10 pour effectuer une comparaison par intercorrélation. Par définition, l'intercorrélation entre deux fonctions discrètes x(i) et y(i) est définie par

avec n variant entre - N et + N.

On va maintenant décrire comment le programme de calcul fonctionne pour calculer 1' intercorrélation entre deux signaux x(i) et y(i) représentés sur les figures 6A et 6B. Par exemple, les signaux x et y pourraient correspondre respectivement aux tensions El et E2 ou aux tensions E3 et E4, bien que sur les figures 6A et 6B, les signaux soient représentés avec une amplitude constante par souci de simplification.

On voit que les signaux x et y sont déphasés d'une unité correspondant à une période d'échantillonnage.

On obtient alors par calcul les résultats suivants pour la fonction d'intercorrélation Cxy, avec N = 3
Cxy(-3) = 0
Cxy(-2) = 0
Cxy(-l) = x(2).y(2-1) = x(2).y(1) = 1
Cxy(O) = x(l).y(l) + x(2).y(2) = 2
Cxy(l) = x(O).y(l) + x(l).y(2) + x(2).y(3) = 3
Cxy(2) = x(O).y(2) + x(l).y(3) = 2
Cxy(3) = x(0).y(3) = 1
L'ensemble de ces résultats est tracé sur le graphique illustré sur la figure 7. Le maximum de 1' intercorrélation est situé ici sur l'instant n = 1, ce qui signifie que les signaux x et y sont décalés d'un pas, c'est-à-dire d'un décalage temporel At équivalent à une période d'échantillonnage Te. On retrouve bien le déphasage initial des deux signaux. Le maximum de 1' intercorrélation est par définition situé sur un instant d'échantillonnage, bien que le décalage réel soit vraisemblablement situé autour de cet instant. L'optimisation de la période d'échantillonnage permet de diminuer l'erreur commise sur la lecture du décalage At entre les signaux. En effet, la différence entre le décalage réel et le décalage calculé par la recherche du maximum de l'intercorrélation n'excèdera pas une période d'échantillonnage.

Une fois que l'on connaît les décalages temporels Atl et At2, le microprocesseur 1 1 peut calculer la vitesse réelle V du fil, à partir de la formule suivante

On va maintenant démontrer comment l'on obtient la formule indiquée ci-dessus. A cet effet, on se rapportera à la figure 3 où l'on a indiqué par les lettres O, B, C et G les points d'intersection du fil F avec respectivement les électrodes 1 à 4. La lettre A correspond à l'intersection entre l'électrode 1 et la droite perpendiculaire à l'électrode 2 passant par le point B. La lettre E correspond à l'intersection entre l'électrode 3 et la droite perpendiculaire à l'électrode 4 passant par le point G.

La vitesse réelle V du fil est définie par le rapport de la distance entre les points d'intersection du fil et les électrodes de chaque paire sur l'intervalle de temps nécessaire à un point du fil pour couvrir cette distance, comme indiqué par la formule suivante
V OB = CG
Atl dt2
Dans le triangle rectangle OAB, on peut déduire la formule suivante:
BA D
cosa = BO BO
Dans le triangle rectangle CEG, on peut déduire la formule suivante:
GE d
cos( = WC - GC
Enfin, on utilise les deux formules mathématiques suivantes
cos(6-a) = cos6.cosa + sin6.sina

pour obtenir la formule de la vitesse indiquée plus haut. Dans cette formule, tous les paramètres sont connus ou calculés, ce qui permet à l'ordinateur de délivrer sur son unité d'affichage la longueur de fil mesurée à partir de la formule suivante
L = V.T
avec T étant la durée de défilement du fil.

On va maintenant se référer aux figures 8 et 9 pour montrer l'influence de la valeur de l'angle 3 sur la précision du calcul de la vitesse V. L'angle 3 est par définition compris entre 0 et 90". Bien entendu, la distance D et d entre chaque paire d'électrodes est aussi un paramètre à optimiser en fonction des gammes de vitesse à mesurer.

On pose les formules suivantes
Ati = T1 + r.dt
At2 = T2 + q.dt
avec dt étant l'erreur commise sur le calcul de T1 ou T2, r et q étant un coefficient d'erreur propre à chaque décalage temporel.

Sur la figure 8, on a représenté la variation de vitesse AV en en fonction du coefficient d'erreur r en % sur le premier décalage temporel Atl, pour trois valeurs distinctes du coefficient d'erreur q en sur le deuxième décalage temporel At2. La courbe ql correspond à une erreur de +0,5 %, la courbe q2 correspond à une erreur de 0 % et la courbe q3 correspond à une erreur de -0,5 So. Le graphique de la figure 8 correspond à un angle 3 = 10 .

Sur la figure 9, on a représenté un graphique analogue correspondant à un angle 3 = 30". On constate alors que l'erreur sur la vitesse ne dépend plus du coefficient d'erreur q sur le deuxième décalage temporel At2 et que la répartition de l'erreur est plus faible.

On peut donc en déduire que la répartition des erreurs est meilleure quand l'angle 3 augmente, de sorte qu'il est préférable de travailler avec un angle 6 compris entre 10 et 45 . Pour des raisons d'encombrement lié aux électrodes, un angle de 30 est un bon compromis. Avec un tel angle, on constate, en outre, que le graphique de la figure 9 est symétrique par rapport au point (0,0).

Sur la figure 4, un deuxième mode de réalisation du capteur de l'invention est représenté. Dans ce cas, le fil F se déplace sur un cône de révolution 105 ayant un axe fixe 106, au lieu de se déplacer angulairement dans un plan, comme sur la figure 3. On utilise alors, à la place des électrodes rectilignes 1 à 4, des électrodes annulaires 101 à 104. La première paire d'électrodes 101, 102 est constituée de deux anneaux circulaires situés dans des plans parallèles, ces deux anneaux étant coaxiaux et ayant le même axe que l'axe de révolution 106 du cône 105. La deuxième paire d'électrodes annulaires 103, 104 est constituée de deux anneaux elliptiques situés dans des plans parallèles formant un angle, analogue à l'angle 3 précité, avec les plans des électrodes annulaires circulaires de la première paire. Les quatre électrodes annulaires 101 à 104 sont inscrites sur un même cône de révolution 107 coaxial au cône 105, les deux cônes 105 et 107 ayant la même génératrice, alors que la courbe directrice du cône 107 circonscrit la courbe génératrice du cône 105.

Bien entendu, chaque électrode 101 à 104 pourrait être constituée d'un couple de demi-électrodes constituées de deux anneaux adjacents.

Les demi-électrodes du premier ou du deuxième mode de réalisation peuvent être constituées par deux couches conductrices adjacentes superposées d'une plaque multicouches de circuit imprimé.

En effet, lorsque l'on utilise une plaque multicouches, l'une des couches peut être séparée en plusieurs parties, de façon que chaque partie serve de capteur pour le passage d'un fil, ce qui permet, dans ce cas, d'avoir un mesureur utilisable simultanément pour plusieurs fils.

On va maintenant brièvement décrire le fonctionnement de l'invention en référence au schéma synoptique fonctionnel de la figure 10.

Le capteur ou tête de mesure 20 comporte la première paire d'électrodes 1, 2 dont les signaux sont transmis au système d'amplification et de filtrage 5, et la deuxième paire d'électrodes 3, 4 dont les signaux sont transmis à un système analogue d'amplification et de filtrage 5. Les signaux analogiques El(t) à E4(t) sont convertis par les convertisseurs 10 en signaux numériques El(i) à E4(i).

L'unité de calcul 1 1 comporte un premier module 12 pour calculer la fonction d'intercorrélation Clxy(n) des signaux El et E2 et la fonction d'intercorrélation C2xy(n) des signaux E3 et E4. A partir du maximum de chacune des fonctions d'intercorrélation Clxy et C2xy, on obtient les décalages temporels Atî et At2.

Puis, le calculateur 1 1 calcule la vitesse V à partir des données mémorisées D, d, 6 et des valeurs calculées Atl et At2, grâce à la formule de la vitesse définie précédemment.

Enfin, le calcultateur 11 calcule la longueur L du fil à partir de la vitesse V calculée et du temps T écoulé entre deux mesures par le capteur, ce temps T étant donné par une horloge. La longueur L est ainsi mesurée par itération successive, en additionnant les valeurs de la longueur L mesurée pour chaque mesure. Dans un bloc 13, le calculateur 1 1 compare la valeur de la longueur mesurée à une valeur de consigne correspondant par exemple à la longueur désirée pour une bobine de fil. Le calculateur 1 1 transmet alors un ordre 14 pour interrompre le défilement du fil et, par exemple, provoquer la coupe du fil. Bien entendu, le calculateur 1 1 pourra être géré par un programme de traitement adapté.

Bien que l'invention ait été décrite en liaison avec plusieurs modes de réalisation particuliers, il est bien évident qu'elle n'y est nullement limitée et qu'elle comprend tous les équivalents techniques des moyens décrits ainsi que leurs combinaisons si celles-ci entrent dans le cadre de l'invention.

Claims

REVENDICATIONS

1. Capteur sans contact (20) pour la mesure de la longueur d'un fil (F) chargé de charges électrostatiques, ce capteur comportant une paire d'électrodes conductrices parallèles (1, 2, 101, 102) espacées d'une distance prédéterminée D, devant lesquelles le fil est destiné à se déplacer, chaque électrode étant apte à délivrer un signal analogique (El, E2) représentatif du passage des charges électrostatiques du fil devant ladite électrode avec un décalage de temps mutuel Att, caractérisé par le fait qu'il comporte une deuxième paire d'électrodes conductrices parallèles (3, 4, 103, 104) espacées d'une distance prédéterminée d, devant lesquelles le fil est destiné à passer simultanément, chaque électrode de la deuxième paire étant apte à délivrer un signal analogique (E3, E4) représentatif du passage des charges électrostatiques du fil devant ladite électrode avec un décalage de temps mutuel At2, la deuxième paire d'électrodes (3, 4, 103, 104) formant un angle prédéterminé 6 avec la première paire d'électrodes (1, 2, 101, 102).

2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'angle 3 formé entre les deux paires d'électrodes est compris entre 10 et 45" et, de préférence voisin d'environ 30".

3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la deuxième paire d'électrodes (3, 4, 103, 104) est intercalée entre les électrodes (1, 2, 101, 102) de la première paire.

4. Capteur selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que chaque électrode est constituée d'un couple de demi-électrodes adjacentes (1â, lb, 2a 2b), le capteur comportant un moyen de soustraction (7) pour effectuer une soustraction entre les signaux émis par chaque demi-électrode du même couple et pour délivrer en sortie un signal résultant qui est affranchi des signaux parasites extérieurs.

5. Capteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les demi-électrodes (la, lb, 2a, 2h) sont formées par deux pistes conductrices adjacentes sur une plaque de circuit imprimé.

6. Capteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que les demi-électrodes (1a, lb, 2a, 2O sont formées par deux couches conductrices isolées superposées d'une plaque multicouches.

7. Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que, dans le cas où le fil (F) se déplace angulairement dans un plan, les électrodes (1, 2, 3, 4) ou les demi-électrodes (la, 1h, 2a, 2h) ont la forme de barrettes conductrices rectilignes.

8. Capteur selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que, dans le cas où le fil (F) se déplace sur un cône de révolution (105) d'axe fixe (106), les électrodes (101, 102, 103, 104) sont annulaires et inscrites sur un cône de révolution (107) coaxial au cône (105) décrit par le fil (F), le cône (107) des électrodes annulaires ayant le même angle au sommet que le cône (105) du fil et ayant, dans un plan perpendiculaire à son axe, une section droite circonscrite à celle du cône (105) du fil.

9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé par le fait que la première paire d'électrodes (101, 102) est formée d'électrodes annulaires circulaires et la deuxième paire d'électrodes (103, 104) est formée d'électrodes annulaires elliptiques.

10. Capteur selon la revendication 8 ou 9, caractérisé par le fait que les électrodes annulaires (101, 102, 103, 104) sont réalisées en ménageant un orifice circulaire ou elliptique à travers une ou plusieurs couches conductrices d'une plaque multicouches.

11. Procédé de mesure de la longueur d'un fil (F) chargé de charges électrostatiques, utilisant le capteur selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait qu'il consiste

- à intercorréler les signaux (El, E2) émis par la première paire d'électrodes (1, 2, 101, 102) pour calculer, à partir du maximum d'intercorrélation, le décalage Atl entre les deux signaux et à intercorréler les signaux (E3, E4) émis par la deuxième paire d'électrodes (3, 4, 103, 104) pour calculer, à partir du maximum d'intercorrélation, le décalage At2 entre les deux signaux,

- à calculer la vitesse réelle V de défilement du fil à partir de la formule suivante

- à calculer, pour chaque paire d'électrodes, la fonction d'intercorrélation associée Cxy(n) selon la formule suivante

To, où To=N.Te,

- à convertir les signaux analogiques (El, E2, E3, E4) émis par les électrodes (1, 2, 3, 4, 101, 102, 103, 104) en signaux numériques ayant un nombre N de points de mesures i espacés par une même période d'échantillonnage Te pour une période d'observation donnée

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé par le fait qu'il consiste:

- à calculer la longueur de fil ayant défilé, pour une durée de défilement donnée T, par la formule L = V.T

- à calculer le décalage de temps At entre les deux signaux par la formule At = nmax.Te

- à déterminer le point d'intercorrélation maximale nmax correspondant au maximum d'amplitude de la fonction d'intercorrélation Cxy(n),

où x(i) et y(i) représentent respectivement l'amplitude du signal numérique des deux électrodes d'une même paire pour un point de mesure i, n variant entre - N et N,

13. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 11 ou 12, caractérisé par le fait qu'il comporte le capteur (20) selon l'une des revendications 1 à 10, ledit capteur étant connecté à une unité de calcul (11) pour effectuer l'intercorrélation des signaux et calculer les décalages de temps At, la vitesse V de défilement du fil et la longueur L de fil ayant défilé pour un temps donné, et une unité d'affichage de la longueur de fil mesurée.

14. Dispositif selon la revendication 13, caractérisé par le fait que le capteur comporte un système d'amplification et de filtrage (5) pour à la fois soustraire les signaux de chaque couple de demiélectrodes (la, lk, 2a, 2b) et les amplifier.

15. Dispositif selon la revendication 13 ou 14, caractérisé par le fait que l'unité de calcul (11) est associée à un moyen (10) pour convertir les signaux analogiques en signaux numériques.