FR2822538A1 - Systeme de mesure dans un milieu electriquement conducteur - Google Patents

Abstract

Un système de mesure comporte au moins deux électrodes (N, P), un milieu électriquement conducteur entre les électrodes, une alimentation électrique (4) pour appliquer une tension périodique entre les électrodes.Le système comporte en outre une sonde (2) de mesure plongée dans le milieu à proximité des électrodes (N, P) pour mesurer un signal de mesure dans le milieu, le signal de mesure étant fonction de la position de la sonde de mesure par rapport aux électrodes et des surfaces mouillées des électrodes.La mesure est effectuée par la valeur efficace (A) du signal de mesure ou par son déphasage (phi) par rapport à une des électrodes (N).Application aux mesures de distances, de déplacement, de déformation, de vibration, de niveau et d'inclinaison.

Description

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Système de mesure dans un milieu électriquement

conducteur.

L'invention concerne un système et un procédé de mesure d'un champ de potentiel dans un milieu conducteur et de grandeurs physiques associées.

On connaît par le document EP 447 810 un dispositif de mesure électrique par conductométrie pour mesurer un niveau d'un liquide électriquement conducteur dans un récipient, ou des grandeurs mécaniques dérivées. Le fond du récipient comporte en surface au moins deux électrodes en contact avec le milieu conducteur. Par une mesure de la résistance entre les électrodes, on détermine la hauteur de liquide au-dessus de la zone entre les électrodes. En combinant plusieurs paires d'électrodes, la hauteur peut être déterminée en plusieurs endroits pour en déduire une inclinaison de la surface du liquide, et donc du récipient. Le principe de la mesure est celui des détecteurs à zones de dispersion.

On connaît également par le document FR 2 626 362 un capteur électrique d'inclinaison qui comporte deux éléments plans parallèles l'un à l'autre et une entretoise annulaire disposée entre les deux éléments plans pour définir entre eux une chambre cylindrique close. Le premier élément plan comporte une électrode principale, le deuxième élément plan comporte deux électrodes auxiliaires demi-circulaires adjacentes. La chambre est remplie partiellement d'un liquide électriquement conducteur qui vient en contact avec les électrodes. Le capteur est installé dans une position neutre de telle sorte que les éléments plans soient verticaux et la séparation entre les électrodes auxiliaires soit verticale. Le capteur est destiné à mesurer des inclinaisons lors d'un pivotement autour de l'axe de la chambre cylindrique.

Lors du pivotement du capteur, les surfaces

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mouillées des électrodes auxiliaires varient de manière opposée. Ainsi, les résistances entre l'électrode principale et les électrodes auxiliaires varient également dans des sens opposés. Un montage électronique permet de mesurer ces variations de résistance pour en déduire l'inclinaison du capteur.

Comme il est noté dans le document EP 447 810, il est nécessaire de connaître avec précision les caractéristiques du liquide conducteur pour effectuer une mesure précise. De plus, le capteur ne s'affranchit pas des variations de conductivité dues par exemple à la variation de température. Par ailleurs, le capteur du document FR 2 626 362 ne mesure qu'une inclinaison, avec une sensibilité relativement faible.

L'invention vise donc à fournir un système et un procédé de mesure de grandeur mécanique dans un milieu conducteur, de grande sensibilité, la mesure ne nécessitant pas de connaître au préalable la conductivité du milieu.

Avec ces objectifs en vue, l'invention a pour objet un système de mesure comportant au moins deux électrodes, un milieu électriquement conducteur entre les électrodes, une alimentation électrique pour appliquer une tension périodique entre les électrodes, caractérisé en ce que le système comporte en outre une sonde de mesure plongée dans le milieu à proximité des électrodes pour mesurer un signal de mesure dans le milieu, le signal de mesure étant fonction de la position de la sonde de mesure par rapport aux électrodes et des surfaces des électrodes en contact avec le milieu conducteur.

Grâce à l'invention, on dispose d'un système de mesure simple à mettre en oeuvre pour les milieux dans lesquels d'autres moyens de mesure, par exemple optiques ou mécaniques ne sont pas opérationnels. On entend par milieu conducteur un milieu liquide ou assimilable à un liquide dont la résistance entre les électrodes est

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comprise entre 50 Q et 10 kQ. C'est par exemple de l'eau plus ou moins salée. De plus, il n'est pas nécessaire de connaître les caractéristiques précises du milieu. De même, le système de mesure est insensible aux variations de ces caractéristiques, par exemple en fonction de la température.

A l'aide des électrodes, on crée un champ de potentiel dans le milieu conducteur, et la sonde mesure le potentiel en un lieu du milieu. Le champ de potentiel est fonction de la géométrie du milieu, de celle des électrodes, en particulier de l'aire des surfaces des électrodes en contact avec le milieu. Si l'aire varie, la mesure en un point donné du milieu varie.

Le système de mesure est aussi applicable pour la mesure sur des corps vivants. En effet, on constate que les corps vivants, y compris le corps humain, sont suffisamment conducteurs et suffisamment homogènes pour y appliquer le système de mesure de l'invention. Dans ce cas, la fréquence d'alimentation doit être en dehors des fréquences tétanigènes, c'est-à-dire être supérieure à un kilohertz.

Pour des mesures très précises, il est intéressant de s'affranchir des conditions particulières à proximité des électrodes. En effet, on constate une petite différence de tension entre la tension d'alimentation des électrodes et la tension effective dans le milieu conducteur à proximité immédiate de l'électrode. Ce phénomène peut être pris en compte par calcul lors de la conversion du signal de la sonde en mesure, ou en prenant comme référence une tension mesurée par une sonde de tension à proximité immédiate de l'électrode, d'une manière connue en soi.

Selon un premier mode de réalisation, les électrodes sont planes, parallèles et en regard l'une de l'autre, la sonde étant disposée entre les électrodes.

Ainsi, la tension mesurée par la sonde est fonction de la

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position de la sonde sur un axe perpendiculaire aux électrodes et du rapport des surfaces mouillées des électrodes.

Dans une première variante du premier mode de réalisation, le système de mesure comporte des moyens de mesure pour mesurer la valeur efficace du signal de mesure par rapport à l'une des électrodes pour déterminer la distance de la sonde par rapport aux électrodes sur un axe de mesure perpendiculaire aux électrodes.

En effet, en prenant l'une des électrodes en référence, on constate que la valeur efficace de la tension de la sonde varie selon une loi prédéterminée en fonction de la distance de la sonde aux électrodes de référence, indépendamment de la nature du milieu. Plus précisément, on constate que si les surfaces mouillées des électrodes sont identiques, la tension de la sonde varie sensiblement proportionnellement à la distance de la sonde à l'électrode de référence, pour atteindre la tension des électrodes. On dispose donc d'un moyen simple de mesurer une distance dans le milieu, même si ce dernier est opaque.

Selon un premier perfectionnement du premier mode de réalisation, le système de mesure comporte au moins trois paires d'électrodes, le système déterminant la distance de la sonde par rapport à chacune des paires d'électrodes pour déterminer la position de la sonde dans l'espace. Ainsi, avec trois axes de mesure, on dispose d'un repère spatial permettant de localiser la sonde. Les mesures sur chacun des axes peuvent se faire de manière successive pour qu'elles n'interfèrent pas entre elles.

De préférence, les axes de mesure de chacune des paires d'électrodes sont perpendiculaires deux à deux. La détermination de la position de la sonde dans l'espace est ainsi directe dans un repère orthonormé.

De manière particulière, les paires d'électrodes sont alimentées par des signaux de fréquences

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différentes, le signal de mesure étant filtré sur chacune des fréquences pour déterminer au moins trois signaux filtrés associés aux paires d'électrodes et ainsi déterminer la distance de la sonde par rapport à chaque paire d'électrodes.

Ainsi, toutes les mesures peuvent être effectuées simultanément, sans interférence entre elles. Il est possible de suivre des mouvements de la sonde en direct.

Dans un deuxième perfectionnement du premier mode de réalisation, le système de mesure comporte un réservoir inclinable, les électrodes étant fixées le long de parois verticales du réservoir, le milieu conducteur étant un liquide mouillant des surfaces différentes des électrodes quand le réservoir est incliné, la sonde étant fixée sensiblement à mi-distance des électrodes pour que le signal de mesure soit une fonction de l'inclinaison.

On constate en effet que le rapport des surfaces mouillées a une incidence sur le champ de potentiel dans le liquide, en particulier dans le deuxième mode de réalisation. En gardant une position fixe de la sonde, le signal reçu varie. La loi de variation peut être déterminée expérimentalement ou par calcul pour un étalonnage.

Dans un troisième perfectionnement du premier mode de réalisation, le système de mesure comporte un réservoir contenant un liquide conducteur, les électrodes étant plongeantes dans le liquide et conformées de telle sorte que le rapport de leur surface mouillée change avec le niveau de liquide, la sonde étant fixée entre les électrodes, le signal de mesure étant fonction du rapport des surfaces mouillées et donc du niveau de liquide.

Les formes des électrodes sont différentes. Par exemple, l'une est rectangulaire et l'autre est triangulaire. Lorsque le niveau de liquide varie, les surfaces mouillées des électrodes varient de manière dissemblable à cause de leur forme différente. Le rapport

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des surfaces mouillées n'est donc pas constant. En conséquence, le signal reçu par la sonde varie, et cette variation peut être traduite en une variation de niveau.

Les formes des électrodes peuvent être quelconques.

On peut par exemple les ajuster pour que la variation du signal de mesure soit linéaire en fonction du niveau de liquide.

Dans un deuxième mode de réalisation, ou une deuxième variante du premier mode de réalisation, les électrodes sont alimentées par deux signaux de polarisation déphasés d'un déphasage de polarisation compris entre la phase et l'opposition de phase, et le système de mesure comporte des moyens de mesure pour mesurer le déphasage du signal de mesure par rapport au signal de polarisation de l'une des électrodes prise comme référence pour déterminer la position de la sonde.

Dans cette configuration, le signal de mesure à la sonde est une superposition des signaux issus des deux électrodes et atténués en fonction de la distance de la sonde à chacune des électrodes. Ainsi, le déphasage du signal de mesure par rapport à l'électrode de référence est nul à proximité de l'électrode de référence, puis varie de manière continue sur une plage restreinte, jusqu'à la valeur du déphasage de polarisation à proximité de la deuxième électrode. La courbe de variation du déphasage en fonction de la position de la sonde comporte un point d'inflexion pour une position d'inflexion. En mesurant le déphasage, on obtient une très grande sensibilité dans une plage restreinte autour de la position d'inflexion.

Dans le cas particulier où le déphasage de polarisation est une opposition de phase, il existe un point entre les électrodes pour lequel les deux signaux superposés s'annulent complètement. La valeur efficace du signal de mesure est donc nulle, et la phase non déterminée. La plage restreinte est alors limitée à ce

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point.

Si les surfaces des électrodes sont identiques, l'atténuation du signal entre chaque électrode et la sonde est proportionnelle à la distance de l'électrode à la sonde.

On constate également que la loi de variation de la valeur efficace de la tension mesurée présente un minimum à la position d'inflexion. La mesure sera donc faite de préférence en considérant la phase du signal de mesure lorsque la sonde sera à proximité de la position d'inflexion, et en considérant la valeur efficace à proximité des électrodes.

La sensibilité de la mesure de phase à proximité de la position d'inflexion est d'autant plus importante que le déphasage de polarisation se rapproche de l'opposition de phase. En choisissant le déphasage de polarisation, il est ainsi possible de choisir la sensibilité autour de la position d'inflexion en fonction de l'application que l'on souhaite.

De préférence, les signaux périodiques sont des signaux sinusoïdaux. La détermination théorique des relations entre les variables du système est ainsi plus aisée.

Selon une première variante du deuxième mode de réalisation, le système de mesure comporte un cylindre rigide, les électrodes étant des membranes souples parallèles fermant le cylindre, la sonde étant située à mi-distance des électrodes et fixe par rapport au cylindre, le cylindre étant rempli du liquide conducteur, au moins une des électrodes étant soumise à une déformation dans la direction de l'axe du cylindre, le signal de mesure étant fonction de la déformation.

On obtient un capteur qui est capable de mesurer des déformations de petite amplitude, que ces déformations soient directes ou celles d'un corps d'épreuve pour mesurer une force ou une pression. Dans le

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cas d'une mesure avec des signaux déphasés, on peut choisir la sensibilité du capteur.

Dans une deuxième variante du deuxième mode de réalisation, le système de mesure comporte au moins une unité de mesure, chaque unité de mesure comportant une première électrode plane fixée sur le fond d'un réservoir, un flotteur étant maintenu au-dessus de la première électrode, la deuxième électrode étant plane et fixée sur le flotteur, le flotteur comportant un plongeur portant la sonde à une distance fixe de la deuxième électrode, le système mesurant un niveau ou une inclinaison.

Le système de mesure permet ainsi de mesurer un niveau du liquide dans un réservoir ou, en utilisant plusieurs unités de mesure, une inclinaison du réservoir de liquide en déterminant la position du flotteur de chaque unité par rapport au fond du réservoir. L'inclinaison est déterminée mathématiquement en fonction des niveaux mesurés par chaque unité de mesure.

Selon une troisième variante du deuxième mode de réalisation, le système de mesure comporte un récipient contenant le milieu conducteur et dont la surface est partiellement conductrice pour former la première électrode, la sonde de mesure étant de forme extérieure cylindrique et revêtue d'une couche isolante, un anneau conducteur entourant la couche isolante et formant la deuxième électrode, le signal de mesure étant représentatif de la distance d'enfoncement de la sonde dans le milieu conducteur.

La sonde de mesure est par exemple une aiguille creuse métallique destinée à aspirer ou injecter un liquide dans le milieu conducteur. Lorsque l'aiguille affleure le milieu conducteur, elle reçoit un signal en provenance de la première électrode. Lorsqu'elle s'enfonce plus profondément dans le milieu, l'anneau vient en contact également avec le milieu, et le signal

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de la deuxième électrode influence le signal reçu par la sonde de mesure, de manière de plus en plus prépondérante au fur et à mesure que l'aiguille s'enfonce dans le milieu. Par un étalonnage adéquat, on peut ajuster de manière très précise la distance d'enfoncement de l'aiguille dans le milieu. Ce système est particulièrement adapté aux dispositifs robotisés d'analyses biologiques.

Selon une quatrième variante du deuxième mode de réalisation, le système de mesure comporte un récipient isolant contenant le milieu conducteur, la première électrode étant de forme extérieure cylindrique et revêtue d'une couche isolante, la deuxième électrode et la sonde de mesure étant disposées sur la couche isolante de manière sensiblement symétrique, le signal de mesure étant représentatif de la distance d'enfoncement de la sonde dans le milieu conducteur.

La première électrode est par exemple une aiguille creuse métallique. Lorsque l'extrémité de l'aiguille affleure le milieu conducteur, les surfaces en contact entre les électrodes et le milieu sont principalement celles de l'aiguille. La sonde reçoit donc principalement le signal de la première électrode. Dès que la sonde s'enfonce plus profondément dans le milieu conducteur, la surface mouillée de la première électrode reste sensiblement constante, alors que celle de la deuxième électrode grandit. La sonde reçoit alors un mélange des signaux des deux électrodes, la phase du signal de mesure variant de la phase du signal de la première électrode vers la phase du deuxième signal au fur et à mesure que l'aiguille s'enfonce dans le milieu conducteur.

L'invention a également pour objet un procédé de mesure dans un milieu électriquement conducteur, dans lequel on applique des signaux de polarisation périodiques sur deux électrodes immergées dans le milieu, caractérisé en ce qu'on mesure un signal de mesure entre

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les électrodes par une sonde dans le milieu pour en déduire une information liée à la position de la sonde.

De manière particulière, les signaux de polarisation sont déphasés d'un décalage de polarisation compris entre la phase et l'opposition de phase et on mesure le déphasage du signal de mesure par rapport à l'un des signaux de polarisation pour en déduire une information liée à la position de la sonde.

Selon une autre manière, les électrodes sont planes, parallèles et en regard l'une de l'autre, la sonde étant disposée entre les électrodes, et on mesure la valeur efficace du signal issu de la sonde par rapport à l'une des électrodes pour déterminer la distance de la sonde par rapport aux électrodes sur un axe de mesure perpendiculaire aux électrodes.

De manière préférentielle, pour effectuer la mesure, on procède aux étapes suivantes : on détermine une première mesure de la distance entre une électrode et la sonde par la mesure de la valeur efficace de la tension de la sonde ou par celle du déphasage ; on en déduit un rapport des tensions efficaces des signaux de polarisation pour lequel une position d'inflexion est située sur la première mesure de distance ; on mesure le déphasage ; on ajuste le rapport des tensions efficaces des signaux de polarisation jusqu'à ce que la différence entre le déphasage et le déphasage théorique à la position d'inflexion soit inférieure à un seuil prédéterminé ; - on en déduit que la position de la sonde est la position d'inflexion pour le dernier ajustage du rapport des tensions efficaces des signaux de polarisation.

Par cette approche, le rapport des tensions des signaux de polarisation est ajusté pour que la mesure par

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déphasage soit dans la zone de plus grande sensibilité du système de mesure.

L'invention sera mieux comprise et d'autres particularités et avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre, la description faisant référence aux dessins annexés parmi lesquels : la figure 1 est une vue d'un système de mesure selon un premier mode de réalisation de l'invention ;

la figure 2 est un diagramme de la valeur efficace de la tension mesurée par la sonde de la figure 1 ; la figure 3 est une vue d'un système de mesure selon un deuxième mode de réalisation de l'invention ; - la figure 4 est un diagramme de la valeur efficace de la tension mesurée par la sonde de la figure 3 ; la figure 5 est un diagramme de la phase du signal de mesure de la sonde de la figure 3 ; la figure 6 est une vue en perspective d'un perfectionnement du premier mode de réalisation ;

la figure 7 montre un capteur conforme à l'invention ; les figures 8 à 10 montrent des applications du capteur de la figure 7 ; les figures 11 à 14 montrent un inclinomètre conforme à l'invention ; les figures 15 à 17 montrent un autre inclinomètre conforme à l'invention ; la figure 18 montre un système de mesure de niveau ; la figure 19 montre un système de mesure miniature ; la figure 20 montre un système de mesure de déplacement pour une aiguille ;

les figures 21 et 22 montrent un autre système de mesure de déplacement pour une aiguille.

Un système de mesure conforme à un premier mode de réalisation de l'invention est montré sur la figure 1. Il comporte un réservoir 1 contenant un liquide électriquement conducteur, deux électrodes N et P parallèles en regard l'une de l'autre, et une sonde 2

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placée dans le liquide. Selon une première variante du premier mode de réalisation, l'électrode N est l'électrode de référence et est reliée à la masse 3.

L'électrode P est reliée à un générateur 4 de tension périodique. La sonde est un corps conducteur dont seul l'extrémité est en contact avec le liquide, le corps de la sonde étant isolé électriquement par un manchon. La sonde est reliée à un appareil de mesure, par exemple un voltmètre 5 pour mesurer le signal reçu par la sonde par rapport à la masse.

Le générateur fournit une tension périodique sur l'électrode P de valeur efficace U. Un champ de potentiel est donc créé dans le milieu liquide, et comme le milieu est homogène, les équipotentiels entre les électrodes sont sensiblement des plans.

La valeur efficace A de la tension mesurée sur la sonde est représentée graphiquement sur la figure 2 en fonction de la distance X de la sonde à l'électrode de référence N. La distance entre les électrodes est notée L. Si on définit R comme étant le rapport des surfaces mouillées respectivement de la deuxième électrode P sur l'électrode de référence N, la valeur efficace A évolue selon une droite 10 lorsque R vaut 1, selon une courbe convexe 11 lorsque R est supérieur à 1 et selon une courbe concave 12 lorsque R est inférieur à 1. Ces courbes 11, 12 et droite 10 passent par l'origine et par le point d'abscisse L et d'ordonnée U. Autrement dit, le potentiel dans le liquide varie de la tension de l'électrode de référence N à la tension de la deuxième électrode P de manière continue, et de manière linéaire quand les surfaces mouillées des électrodes sont égales (R=1).

Dans un deuxième mode de réalisation, montré sur la figure 3, l'électrode de référence N reçoit un premier signal de polarisation d'un premier générateur 14N, la deuxième électrode reçoit un deuxième signal de

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polarisation d'un deuxième générateur 14P. Le voltmètre 5 mesure la tension efficace sur la sonde 2, tandis qu'un phasemètre 16 mesure le déphasage entre le premier signal de polarisation reçu par l'électrode de référence N et celui mesuré par la sonde 2.

Le premier signal de polarisation a une valeur efficace de polarisation No, tandis que le deuxième signal a une valeur efficace de polarisation Po et un déphasage de polarisation par rapport au premier signal

de valeur e-e, avec se ff].

La sonde 2 de mesure reçoit les signaux en provenance de chacune des électrodes de manière atténuée en fonction de la distance de la sonde à l'électrode respective. Le signal reçu par la sonde est donc la superposition des deux signaux atténués.

La figure 4 représente la valeur efficace mesurée par le voltmètre 5 en fonction de la distance X de la sonde par rapport à l'électrode de référence N. Cette valeur efficace varie de No pour une distance X nulle en diminuant jusqu'à un minimum Ui pour une distance Xi puis remonte progressivement jusqu'à la valeur efficace Po du signal reçu par la deuxième électrode P.

La figure 5 représente le déphasage rp du signal reçu par la sonde par rapport au signal reçu par l'électrode de référence, en fonction de la distance de la sonde à l'électrode de référence N. Le déphasage est nul à proximité de l'électrode de référence, augmente progressivement puis très rapidement lorsque la distance X approche de la valeur Xi puis tend vers une asymptote de valeur jusqu'à proximité de la deuxième électrode. La courbe comporte un point d'inflexion pour

la distance Xi avec un déphasage rpi.

On constate, et on démontre également par calcul, les points suivants.

Le rapport Xi/L est fonction du rapport des valeurs efficaces de polarisation et du déphasage de

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polarisation. Si les valeurs de polarisation sont égales, et que les électrodes sont de surfaces mouillées égales, la valeur Xi vaut L/2. Autrement dit, le point d'inflexion est à mi-distance des électrodes.

La valeur efficace Ui du signal de mesure au point d'inflexion augmente quand le déphasage de polarisation

diminue (quand & augmente). Elle est nulle quand le déphasage vaut ", c'est-à-dire que les signaux de polarisation sont en opposition de phase.

La pente m de la courbe de déphasage au point d'inflexion est fonction du rapport des valeurs efficace de polarisation et du déphasage de polarisation, ainsi que de la distance L entre les électrodes. Elle augmente quand le déphasage de polarisation augmente (quand e diminue). Elle tend vers l'infini quand F tend vers 0.

Elle est inversement proportionnelle à la distance L des électrodes entre elles. Elle est minimale quand le rapport des valeurs efficaces de polarisation vaut 1.

La pente m est représentative de la sensibilité de la mesure à proximité du point d'inflexion. On peut donc choisir la sensibilité du capteur par le choix du déphasage de polarisation, du rapport des valeurs efficaces de polarisation et de la distance entre les électrodes.

On obtient une grande sensibilité en réduisant la distance entre les électrodes, avec comme limite, d'une part la miniaturisation des électrodes et de la sonde, d'autre part les capacités parasites des électrodes de polarisation qui induisent une variation locale non linéaire du signal de mesure
De même, plus le déphasage de polarisation est proche de l'opposition de phase, plus le capteur est sensible. Cependant, à proximité de Xi, la valeur de la tension devient très faible le capteur est beaucoup plus sensible aux parasites, le rapport signal/bruit diminuant.

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Pour L et F fixés, si NO/PO est proche de 1, la sensibilité du capteur est moindre, mais le capteur est moins sensible à une variation de la différence des tensions de polarisation. Par contre, si NO/PO est nettement différent de 1, la sensibilité du capteur est augmentée, mais le capteur est plus sensible à une variation de la différence des tensions de polarisation.

Le choix du déphasage et des tensions de polarisation sera fixé soit de manière prédéterminée pour un capteur, soit au choix de l'utilisateur du capteur par paliers ou de manière continue, sachant que plus la sensibilité est grande, plus l'étendue de mesure est faible.

Selon un premier perfectionnement du premier mode de réalisation, montré sur la figure 6, le système de mesure comporte une première paire d'électrode N1, PI, une deuxième paire d'électrodes N2, P2 et une troisième paires d'électrodes N3, P3. On associe à chaque paire d'électrodes un axe de mesure virtuel 21,22, 23 perpendiculaire aux électrodes. Les électrodes sont disposées de telle sorte que les axes de mesure sont concourants en un point C. De préférence, les axes de mesure sont perpendiculaires deux à deux, pour que la mesure issue des paires d'électrodes soit directement interprétable pour localiser la sonde dans un repère orthonormé.

Si la sonde n'est pas mobile, on effectue la mesure de la position de la sonde successivement par rapport à chacune des paires d'électrodes. Par contre, si la sonde est mobile il est possible d'alimenter chaque paire d'électrodes avec une tension de fréquence différente pour chaque paire. Le signal reçu par la sonde est alors filtré sur chacune des fréquences pour isoler trois signaux filtrés. La valeur efficace de chaque signal filtré ainsi que le déphasage peuvent être mesurés pour déterminer la position de la sonde.

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La figure 7 montre un capteur 30 conforme à l'invention selon une première variante du deuxième mode de réalisation. Le capteur comporte un corps 31 cylindrique rigide et deux membranes 33P, 33N souples et conductrices pour réaliser les électrodes de polarisation N, P. Le cylindre est rempli d'un liquide conducteur. Une sonde 32 est placée sensiblement à mi-distance des membranes et sensiblement sur l'axe du cylindre. La sonde est supportée par un support de sonde 34 électriquement isolant. Elle est reliée à un appareil de mesure, par exemple à un phasemètre 36. Les membranes reçoivent chacune un signal de polarisation, délivrés respectivement par un premier 35N et un deuxième 35P générateur de signaux.

L'une des membranes 33N, 33P est sollicitée pour qu'elle subisse une déformation. Cette déformation entraîne un déplacement du liquide et la déformation de l'autre membrane. Par contre, la sonde reste fixe. Aussi, la position relative de la sonde par rapport aux électrodes est modifiée, ce qui se traduit par une variation du signal reçu par la sonde. La mesure du déphasage en particulier permet de déterminer ladite déformation avec une grande sensibilité.

En utilisant un tel capteur 30, on peut réaliser une mesure d'une déformation, ou d'une grandeur physique agissant sur un corps d'épreuve, le capteur 30 mesurant la déformation du corps d'épreuve. On réalise ainsi un capteur de pression différentielle comme représenté sur la figure 8. Deux chambres de pression 38,37 sont fermées par les membranes 33N, 33P. Les chambres sont mises sous pression de manière connue en soi. La différence de pression entre les chambres entraîne la déformation des membranes, cette déformation étant mesurée par le capteur 30. L'une des chambres est éventuellement sous vide pour que le système de mesure soit un capteur de pression absolue.

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La figure 9 représente une autre application du capteur 30. Le capteur est utilisé pour mesurer directement des petites déformations, par exemple pour suivre l'évolution d'une fissure 40. Le corps du capteur 30 est fixé sur l'une 41 des parois de la fissure, tandis qu'un doigt 43 relie l'autre paroi 42 à l'une des membranes du capteur. La variation de distance entre les parois 41,42 est transmise par le doigt 43 à la membrane du capteur.

La figure 10 montre l'utilisation du capteur 30 pour un sismographe. Ce dernier comporte une masse sismique 51 suspendue par des ressorts 52. Les oscillations de la masse 51 sont transmises au capteur 30.

Le système de mesure selon l'invention dans une deuxième variante du deuxième mode de réalisation est utilisé également pour réaliser un inclinomètre 60, tel que représenté sur les figures 11 à 14. L'inclinomètre 60 comporte une cuve 61 remplie partiellement d'un liquide conducteur. De préférence, la cuve 61 est fermée par un couvercle 62. L'inclinomètre comporte en outre au moins trois unités de mesure 63, réparties le long de la périphérie de la cuve 61.

Chaque unité de mesure 63 comporte un flotteur 64, une électrode 65 fixée au fond de la cuve et un aimant 66 fixé verticalement le long de la paroi de la cuve 61.

Chaque flotteur comporte un bloc flottant 640 en matière très légère, un anneau 641 en matière magnétique, une électrode 644 en sous-face et un manchon 643 en matière isolante et qui s'étend sensiblement perpendiculairement à la sous-face. La sonde 642 est placée à l'extrémité du manchon 643, et elle est connectée à un fil de mesure 645 qui passe dans le manchon. L'électrode de polarisation est également reliée à un fil 646, et les deux fils 645, 646 se prolongent au-dessus du flotteur de manière souple et lâche, pour être connectés à un appareil de mesure,

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non représenté. Un troisième fil 647 alimente l'électrode de polarisation 65 du fond de cuve.

Chaque anneau 641, et donc chaque flotteur, est attiré par l'aimant 66 associé et est maintenu le long de la paroi de la cuve 61. Chaque unité de mesure est capable de mesurer le signal reçu par la sonde 642 créé par les signaux alimentant respectivement les électrodes de polarisation 65,644. Ainsi, en fonction du signal reçu et de la distance fixe entre la sonde 642 et l'électrode 644, il est possible d'en déduire la position verticale du flotteur 64 par rapport au fond de la cuve 61. L'inclinaison de la cuve par rapport à l'horizontale entraîne une variation de la position de chacun des flotteurs 64, certains s'écartant du fond de la cuve 61, d'autres s'en rapprochant. A partir des positions des flotteurs il est possible de déterminer par calcul l'inclinaison de la cuve 61 par rapport à un plan horizontal.

Un autre inclinomètre 70 est proposé sur les figures 15 à 17 selon un deuxième perfectionnement du premier mode de réalisation. Le système de mesure comporte une cuve 71, partiellement remplie d'un liquide conducteur, une première électrode 74N de polarisation étant posée sur toute la hauteur d'une première paroi 72 de la cuve 71, une deuxième électrode 74P de polarisation étant posée sur toute la hauteur d'une deuxième paroi 73, les électrodes de polarisation 74N, 74P étant parallèles entre elles. Une sonde 75 de mesure est maintenue fixe sensiblement à mi-distance entre les électrodes par un support 76.

Lorsque la cuve subit une inclinaison selon un axe horizontal parallèle aux électrodes, comme le montre la figure 16, le liquide mouille des surfaces différentes des électrodes 74N, 74P. Le signal reçu par la sonde 75 est alors modifié. Il est alors possible de connaître l'inclinaison en déterminant à partir du signal le

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rapport des surfaces mouillées des électrodes 74N, 74P. En particulier, en choisissant des signaux de polarisation avec un déphasage proche de l'opposition de phase et en mesurant le déphasage du signal reçu, on obtient un capteur extrêmement sensible.

Comme le montre la figure 17, la cuve 71 peut être de forme hexagonale, chaque paire de parois parallèles comportant une paire d'électrodes. Il est ainsi possible de déterminer l'inclinaison selon différents axes de rotation en déterminant les rapports de surfaces mouillées pour chaque paire d'électrodes.

Le système de mesure 80 montré sur la figure 18 permet de déterminer un niveau du liquide conducteur. Un réservoir 81 comporte deux électrodes plongeant dans le liquide à la même profondeur, la première électrode 83P étant rectangulaire, la deuxième électrode 83N étant triangulaire, la pointe dirigée vers le bas. Une sonde de mesure 82 est placée sensiblement à mi-distance entre les électrodes.

En fonction du niveau de remplissage du réservoir, le rapport des surfaces mouillées des électrodes 83N, 83P varie. Lorsque le niveau est faible, la deuxième électrode est mouillée uniquement à la pointe, alors que toute la largeur de la première électrode est mouillée.

Le rapport des surfaces mouillées R est très supérieur à 1. Dès que le niveau remonte, la surface mouillée de la deuxième électrode 83N augmente proportionnellement plus rapidement que celle de la première électrode 83P. Le rapport des surfaces varie alors. Cette variation entraîne également une variation du signal reçu par la sonde 82 et peut être traduit en une mesure du niveau de liquide.

Le système de mesure 90 de la figure 19 est un exemple de faibles dimensions. Il comporte deux électrodes de polarisation 91N, 91P ayant une forme de pointes, et une sonde 92 souple fixée entre les deux

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électrodes. Le système de mesure est destiné à être mis en contact avec une cellule vivante, par exemple par une pipette endocellulaire. L'extrémité de la sonde est mise en mouvement par la cellule et le système de mesure permet de suivre ces mouvements.

Dans une autre application du système de mesure selon l'invention, une plaque comporte des alvéoles qui contiennent des échantillons de culture biologiques. Pour prélever une partie des échantillons, un robot comporte une aiguille qu'il déplace en face de chaque alvéole.

L'aiguille est descendue dans l'échantillon pour aspirer une partie de ce dernier. Pour limiter les risques de contamination d'une alvéole à l'autre, il est souhaitable que l'aiguille pénètre dans l'échantillon uniquement d'une hauteur limitée.

Ainsi, dans une troisième variante du deuxième mode de réalisation, le système de mesure 100, montré sur la figure 20, comporte une alvéole 104 et une aiguille 101. L'alvéole 104 contient le milieu conducteur 106, en général liquide. Elle comporte la première électrode 105 en surface de l'alvéole, par exemple au fond de l'alvéole, ou sur toute la surface. L'électrode 105 est par exemple obtenue par un dépôt de métal conducteur selon une technique connue en soi. L'aiguille 101 est métallique et sert de sonde de mesure. La surface cylindrique de l'extrémité de l'aiguille est recouverte d'une couche isolante 102. De plus, un anneau conducteur 103 entoure la couche isolante 102 et affleure à la face d'extrémité 107de l'aiguille 101, pour former la deuxième électrode.

La première électrode 105 est soumise à un signal de polarisation qui sert de référence pour la phase.

L'anneau est soumis à un deuxième signal de polarisation.

Lorsque l'aiguille 101 est en dehors du milieu conducteur 106, la sonde 101 est à un potentiel libre.

Dès que la face d'extrémité 107 de l'aiguille 101 est en

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contact avec le milieu conducteur, comme l'anneau 103 est en contact avec le milieu uniquement sur une couronne, la sonde reçoit un signal en provenance essentiellement de la première électrode. Mais dès que l'aiguille s'enfonce, la surface de l'anneau 103 en contact avec le milieu conducteur augmente, et le signal reçu par la sonde est une superposition des signaux de polarisation. On constate que la phase du signal de mesure s'approche de la phase du signal de polarisation de la deuxième électrode sur une course de l'ordre d'un millimètre à un centimètre. On dispose ainsi d'un moyen de mesure très précis pour déterminer la position de l'aiguille 101 par rapport à la surface du milieu conducteur 106 et asservir sa descente de la hauteur juste nécessaire.

Dans une quatrième variante du deuxième mode de réalisation, montrée sur les figures 21 et 22, le système de mesure 110 comporte également une alvéole 111 et une aiguille 112. L'alvéole est en matériau isolant et contient le milieu conducteur 113, en général liquide.

L'aiguille 112 est métallique et sert de première électrode de polarisation. La surface cylindrique de l'extrémité de l'aiguille est recouverte d'une couche isolante 114. De plus, deux surfaces électriquement conductrices recouvrent chacune un secteur cylindrique de la couche isolante 114, jusqu'à la face d'extrémité 116 de l'aiguille. L'une des surfaces conductrices est la deuxième électrode 117 de polarisation, l'autre surface étant la sonde 118 de mesure.

Lorsque l'aiguille 112 est en dehors du milieu conducteur 113, la sonde 118 est à un potentiel libre.

Lors de la descente de l'aiguille 112 dans l'alvéole 111, dès que la face d'extrémité 116 touche le milieu conducteur 113, un contact s'établit entre les électrodes 112,117 et la sonde 118. Comme la sonde 118 est plus proche de la première électrode 112, elle reçoit donc une tension proche de la tension de polarisation de la

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première électrode 112. Par contre, lorsque l'aiguille 112 s'enfonce dans le milieu conducteur 113, la surface en contact avec le milieu augmente pour la deuxième électrode, alors qu'elle reste sensiblement constante pour la première électrode. La sonde 118 reçoit un signal qui est une superposition des signaux de polarisation. On constate que la phase du signal de mesure s'approche de la phase du signal de polarisation de la deuxième électrode 117 sur une course de l'ordre d'un millimètre à un centimètre.

Pour les deux dernières variantes, lorsque le milieu conducteur est un liquide, le contact entre l'aiguille et le liquide est établi avant que l'aiguille ne soit au niveau précis du liquide, à cause du phénomène de capillarité. Pour déterminer de manière précise le niveau du liquide, il faut donc tenir compte de ce phénomène qui peut être modélisé par des lois connues.

Les modes de réalisation de l'invention n'ont été décrits qu'à titre d'exemple et ne sont pas limitatifs de l'invention.

Claims (16)

1. REVENDICATIONS 1. Système de mesure comportant au moins deux électrodes (N, P), un milieu électriquement conducteur entre les électrodes, une alimentation électrique (4, 14N, 14P) pour appliquer une tension périodique entre les électrodes, caractérisé en ce que le système comporte en outre une sonde de mesure (2) plongée dans le milieu à proximité des électrodes pour mesurer un signal de mesure dans le milieu, le signal de mesure étant fonction de la position de la sonde (2) de mesure par rapport aux électrodes (N, P) et des surfaces des électrodes en contact avec le milieu conducteur.
2. 2. Système de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que les électrodes (N, P) sont planes, parallèles et en regard l'une de l'autre, la sonde (2) étant disposée entre les électrodes.
3. 3. Système de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte en outre des moyens de mesure (5) pour mesurer la valeur efficace du signal de mesure par rapport à l'une des électrodes (N) pour déterminer la distance de la sonde (2) par rapport aux électrodes (N, P) sur un axe de mesure perpendiculaire aux électrodes.
4. 4. Système de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte au moins trois paires d'électrodes (N1, Pl ; N2, P2 ; N3, P3), le système déterminant la distance de la sonde (2) par rapport à chacune des paires d'électrodes pour déterminer la position de la sonde (2) dans l'espace.
5. 5. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que les paires d'électrodes (N1, Pl ; N2, P2 ; N3, P3) sont alimentées par des tensions de

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   fréquences différentes, le signal de mesure étant filtré sur chacune des fréquences pour déterminer au moins trois signaux filtrés associés aux paires d'électrodes et ainsi déterminer la distance de la sonde (2) par rapport à chaque paire d'électrodes.
6. 6. Système de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir (71) inclinable, les électrodes (74N, 74P) étant fixées le long de parois verticales (72,73) du réservoir, le milieu conducteur étant un liquide mouillant des surfaces différentes des électrodes (74N, 74P) quand le réservoir (71) est incliné, la sonde (75) étant fixée sensiblement à mi-distance des électrodes pour que le signal de mesure soit une fonction de l'inclinaison.
7. 7. Système de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un réservoir (81) contenant un liquide conducteur, les électrodes (83N, 83P) étant plongeantes dans le liquide et conformées de telle sorte que le rapport de leur surface mouillée change avec le niveau de liquide, la sonde (82) étant fixée entre les électrodes (83N, 83P), le signal de mesure étant fonction du rapport des surfaces mouillées et donc du niveau de liquide.
8. 8. Système de mesure selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que les électrodes (N, P) sont alimentées par deux signaux de polarisation déphasés d'un déphasage de polarisation compris entre la phase et l'opposition de phase, et le système de mesure comporte des moyens de mesure (16) pour mesurer le déphasage du signal de mesure par rapport au signal de l'une des électrodes (N) prise comme référence pour déterminer la position de la sonde (2).
9. 9. Système de mesure selon la revendication 8,

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   caractérisé en ce qu'il comporte un cylindre rigide (31), les électrodes (N, P) étant des membranes souples (33N, 33P) parallèles fermant le cylindre (31), la sonde (32) étant située à mi-distance des électrodes (N, P) et fixe par rapport au cylindre (31), le cylindre étant rempli du liquide conducteur, au moins une des électrodes étant soumise à une déformation dans la direction de l'axe du cylindre, le signal de mesure par la sonde étant fonction de la déformation.
10. 10. Système de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte au moins une unité de mesure, chaque unité de mesure comportant une première électrode (65) plane fixée sur le fond d'un réservoir, un flotteur (64) étant maintenu au-dessus de la première électrode (65), la deuxième électrode (644) étant plane et fixée sur le flotteur (64), le flotteur comportant un plongeur (643) portant la sonde (642) à une distance fixe de la deuxième électrode (644), le système mesurant un niveau ou une inclinaison.
11. 11. Système de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une alvéole (104) contenant le milieu conducteur (106) et dont une partie de la surface est conductrice pour former la première électrode (105), la sonde (101) de mesure étant de forme extérieure cylindrique et revêtue d'une couche isolante (102), un anneau (103) conducteur entourant la couche isolante (102) et formant la deuxième électrode, le signal de mesure étant représentatif de la distance d'enfoncement de la sonde (101) dans le milieu conducteur (106).
12. 12. Système de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comporte une alvéole (111) isolante contenant le milieu conducteur (113), la première électrode (112) étant de forme extérieure

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    cylindrique et revêtue d'une couche isolante (114), la deuxième électrode (117) et la sonde (118) de mesure étant disposées sur la couche isolante (114) de manière sensiblement symétrique, le signal de mesure étant représentatif de la distance d'enfoncement de la sonde dans le milieu conducteur.
13. 13. Procédé de mesure dans un milieu électriquement conducteur, dans lequel on applique des signaux de polarisation périodiques sur deux électrodes (N, P) immergées dans le milieu, caractérisé en ce qu'on mesure un signal de mesure entre les électrodes (N, P) par une sonde (2) dans le milieu pour en déduire une information liée à la position de la sonde.
14. 14. Procédé de mesure selon la revendication 13, caractérisé en ce que les électrodes (N, P) sont planes, parallèles et en regard l'une de l'autre, la sonde (2) étant disposée entre les électrodes, et on mesure la valeur efficace du signal issu de la sonde par rapport à l'une des électrodes pour déterminer la distance de la sonde par rapport aux électrodes sur un axe de mesure perpendiculaire aux électrodes.
15. 15. Procédé de mesure selon la revendication 13, caractérisé en ce que les signaux de polarisation périodiques sont déphasés d'un décalage de polarisation (z-c) compris entre la phase et l'opposition de phase et on mesure le déphasage zu du signal de mesure par rapport à l'un des signaux de polarisation pour en déduire une information liée à la position de la sonde.
16. 16. Procédé de mesure selon la revendication 15, caractérisé en ce que, pour effectuer la mesure, on procède aux étapes suivantes : on détermine une première mesure de la distance entre une électrode et la sonde par la mesure de la valeur

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    efficace de la tension de la sonde ou par celle du déphasage ; on en déduit un rapport des tensions efficaces (NO, PO) des signaux de polarisation pour lequel une position d'inflexion est située sur la première mesure de distance ; on mesure le déphasage (#) ; on ajuste le rapport des tensions efficaces (NO, PO) des signaux de polarisation jusqu'à ce que la différence entre le déphasage zu et le déphasage théorique (pi) à la position d'inflexion (Xi) soit inférieure à un seuil prédéterminé ; on en déduit que la position de la sonde est la position d'inflexion (Xi) pour le dernier ajustage du rapport des tensions efficaces des signaux de polarisation.