FR2909169A1 - Dispositif et procede de mesure de la position d'une piece mobile. - Google Patents

Abstract

Ce dispositif de mesure de la position d'une pièce mobile (4) comporte :- au moins un noyau magnétique (10) apte à moduler l'amplitude d'un champ magnétique d'excitation en fonction de l'amplitude d'un champ magnétique à mesurer, ce noyau magnétique présentant un cycle magnétique de l'induction magnétique en fonction du champ magnétique dépourvu d'hystérésis dans une plage de fonctionnement [Hmin ; Hmax],dans lequel le cycle magnétique du noyau magnétique (10) se caractérise en ce que la valeur absolue de la dérivée troisième de l'induction magnétique par rapport au champ magnétique est maximale pour un champ magnétique nul.

Description

1 La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mesure de

la position d'une pièce mobile. Il existe des dispositifs de mesure de la position d'une première pièce mobile comportant : - au moins un premier générateur d'un premier champ magnétique à mesurer, ce premier générateur étant solidaire de la première pièce mobile, - au moins un noyau magnétique apte à moduler l'amplitude d'un champ magnétique d'excitation en fonction de l'amplitude du premier champ magnétique à mesurer, ce noyau magnétique présentant un cycle magnétique de l'induction magnétique en fonction du champ magnétique dépourvu d'hystérésis dans une plage de fonctionnement [Hmin ; Hmax ] , et - un calculateur électronique apte à déterminer la position de la première pièce mobile par rapport au noyau magnétique à partir de l'amplitude d'un champ magnétique induit dans le noyau magnétique, ce champ magnétique induit résultant de la combinaison du champ magnétique à mesurer et du champ magnétique d'excitation. Ces dispositifs sont particulièrement utiles pour mesurer la position d'une pièce en rotation ou en translation. Pour moduler l'amplitude du champ magnétique d'excitation, le noyau doit présenter une forte non linéarité et donc une perméabilité relative qui varie en fonction du champ magnétique. A cet effet, les matériaux classiquement utilisés pour réaliser ces noyaux sont des alliages magnétiques doux.

Pour contrôler les problèmes d'hystérésis, on utilise des alliages isotropes (par exemple des mu-métaux (D) ou des alliages anisotropes du type ruban nanocristallin orienté. Quel que soit le matériau, on utilise un champ d'excitation qui va plus ou moins saturer le matériau. En effet, la 2909169 2 saturation du matériau magnétique crée un point d'inflexion important dans le cycle magnétique B(H) de ces matériaux. Ce point d'inflexion est la non linéarité qui est utilisée pour moduler le champ magnétique. Plus précisément, la 5 présence d'un champ externe à mesurer va accroître la saturation et ainsi générer des harmoniques gui seront détectées. On peut aussi dire que le champ à mesurer est utilisé pour moduler le champ d'excitation. Lorsque le matériau est saturé, la perméabilité 10 relative chute brusquement et le noyau perd alors son pouvoir de concentration du flux, ce qui se traduit par une baisse de la sensibilité du dispositif de mesure. L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un dispositif de mesure de la position d'une 15 pièce dans lequel il n'est pas nécessaire de saturer le noyau magnétique. L'invention a donc pour objet un dispositif de mesure dans lequel le cycle magnétique du noyau magnétique se caractérise en ce que la valeur absolue de la dérivée 20 troisième de l'induction magnétique par rapport au champ magnétique est maximale pour un champ magnétique nul. Il a été découvert que les noyaux magnétiques présentant la propriété du cycle magnétique ci-dessus, présente une non linéarité suffisamment importante autour 25 du champ magnétique nul pour permettre ce moduler l'amplitude du champ magnétique d'excitation par l'amplitude du champ magnétique à mesurer sans qu'il soit nécessaire pour cela de saturer le noyau magnétique. Les modes de réalisation de ce dispositif peuvent 30 comporter une ou plusieurs des caractéristiques suivantes : - un circuit électronique apte à générer le champ magnétique d'excitation et/ou un champ magnétique de contre réaction propre à maintenir en permanence l'air.plitude du champ magnétique induit dans la plage de fonctionnement 2909169 3 [Hmin ; Hmax] située autour de zéro, le noyau magnétique n'étant jamais saturé dans la plage de fonctionnement - le noyau magnétique est un noyau superparamagnétique ; 5 - le noyau superparamagnétique est formé d'une matrice solide dans laquelle sont dispersées des particules superparamagnétiques suffisamment espacées les unes des autres pour que le noyau soit superparamagnétique ; - les particules superparamagnétiques représentent 10 au moins 5% du volume de la matrice dans laquelle elles sont incorporées ; - le dispositif comporte un second générateur d'un second champ magnétique à mesurer, ce second générateur étant solidaire d'une seconde pièce mobile, le second champ 15 magnétique ayant un spectre de puissance présentant au moins un pic de puissance à une fréquence différente des fréquences pour lesquelles le spectre de puissance du premier champ magnétique présente des pics de puissance, le même noyau magnétique est également apte à moduler 20 l'amplitude du champ magnétique d'excitation simultanément en fonction de l'amplitude du premier et du second champ magnétique à mesurer, et le circuit électronique est apte : . à déterminer la position de la première pièce mobile par rapport au noyau à partir de l'amplitude du 25 champ magnétique induit dans le noyau magnétique et du premier champ généré pendant l'intervalle de mesure, et . à déterminer la position de la seconde pièce mobile par rapport au noyau à partir de l'amplitude du même champ magnétique induit dans le noyau magnétique et du 30 second champ généré pendant le même intervalle de mesure, le champ magnétique induit dans le noyau magnétique résultant de la combinaison des premier et second champs magnétiques à mesurer et du champ magnétique d'excitation ; 2909169 4 - au moins l'un des spectres de puissance du champ magnétique d'excitation ou du spectre de puissance du champ magnétique à mesurer présente un pic dominant de puissance pour une fréquence Fo, et dans lequel un circuit 5 électronique apte à mesurer une amplitude du champ magnétique à mesurer comprend : - au moins un transducteur propre à 7:ransformer le champ magnétique induit à l'intérieur du noyau en un signal de mesure, et 10 - un démodulateur d'amplitude propre à extraire l'amplitude d'une harmonique du signal de mesure à une fréquence NF , N étant un nombre entier supérieur ou égal à deux ; - N est égal à deux ; 15 - le premier générateur solidaire de la pièce mobile génère un champ magnétique continu présentant une polarité positive et une polarité négative, et le dispositif comporte un troisième générateur d'un champ magnétique continu à mesurer, ce troisième générateur étant: solidaire 20 de la même pièce mobile et présentant une polarité positive et une polarité négative, l'une de la polarité positive ou de la polarité négative du troisième généra-:eur étant disposée en vis-à-vis de la polarité de même signe du premier générateur.

25 Ces modes de réalisation du capteur de champ magnétique présentent en outre les avantages suivants : - le fait d'empêcher la saturation du noyau magnétique assure que le noyau remplit en permanence la fonction de concentrateur de flux et permet au transducteur 30 de fonctionner dans sa zone de réponse linéaire ; - les propriétés magnétiques d'un noyau superparamagnétique sont fortement non linéaires bien que ne présentant pas d'hystérésis et ceci même lorsque le 2909169 5 champ magnétique est très inférieur au champ de saturation ; -introduire plus de 5% en volume de particules superparamagnétiques dans la matrice améliore les 5 propriétés magnétiques du noyau, ce qui améliore par contre coup les performances du dispositif ; - l'utilisation simultanée de deux générateurs de champ à mesurer solidaire de pièces différentes produisant des champs magnétiques à mesurer différents permet de 10 mesurer simultanément la position de ces deux pièces en utilisant le même noyau magnétique ; - mesurer l'amplitude d'une harmonique de fréquence supérieure ou égale à 2Fo permet d'accroître la sensibilité du dispositif en s'affranchissant des interférences avec le 15 champ magnétique d'excitation ; - utiliser l'amplitude de l'harmonique de fréquence 2Fo simplifie la construction du dispositif car L'amplitude de cette harmonique est directement proportionnelle à l'amplitude du champ à mesurer ; 20 - l'utilisation d'un premier et d'un troisième générateur solidaire de la pièce mobile et dont les polarités de même signe sont disposées en vis-à-vis linéarise les variations de l'amplitude du champ magnétique à mesurer en fonction de la position de la pièce mobile, ce 25 qui en fin de compte accroît la sensibilité du dispositif. L'invention a également pour objet un procédé de mesure de la position d'au moins une pièce mobile, ce procédé comportant : - la génération d'un premier champ magnétique à 30 mesurer à l'aide d'un générateur de champ solidaire de la première pièce mobile, - la fourniture d'au moins un noyau magnétique apte à moduler l'amplitude d'un champ magnétique d'excitation en fonction de l'amplitude du premier champ magnétique à 2909169 6 mesurer, ce noyau magnétique présentant un cycle magnétique de l'induction magnétique en fonction du champ magnétique dépourvu d'hystérésis dans une plage de fonctionnement Hmin ; Hmax ] , et 5 - la détermination de la position de la première pièce mobile par rapport au noyau magnétique à partir de l'amplitude d'un champ magnétique induit dans le noyau magnétique, ce champ magnétique induit résultant de la combinaison du premier champ magnétique à mesurer et du 10 champ magnétique d'excitation, dans lequel le cycle magnétique du noyau magnétique se caractérise en ce que la valeur absolue de la dérivée troisième de l'induction magnétique par rapport au champ magnétique est maximale pour un champ magnétique nul.

15 L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple non limitatif et faite en se référant aux dessins sur lesquels : - la figure 1 est une illustration schématique de 20 l'architecture d'un dispositif de mesure de la position d'une pièce mobile, - la figure 2 est un graphique représentant l'évolution de l'induction magnétique (B) en fonction du champ magnétique induit (H) dans un noyau magnétique du 25 dispositif de la figure 1, - la figure 3 est un graphique représentant l'évolution de la dérivée seconde de l'induction magnétique (B) en fonction du champ magnétique induit P) dans le noyau de la figure 1, 30 - la figure 4 est un graphique représentant l'évolution de la dérivée troisième de l'induction magnetique (B) en fonction du champ magnétique induit (H) dans le noyau du dispositif de la figure 1, 2909169 7 - la figure 5 est un organigramme d'un procédé de mesure de la position d'une pièce mobile à l'aide du dispositif de la figure 1, - la figure 6 est une illustration schématique de 5 l'architecture d'un dispositif de mesure simultanée de la position de deux pièces mobiles, et - la figure 7 est une illustration schématique de l'architecture d'un dispositif de mesure de la position angulaire d'une pièce montée à rotation.

10 La figure 1 représente un dispositif 2 de mesure de la position d'une pièce mobile 4. Ici, la pièce 4 est uniquement déplaçable en translation le long d'un axe vertical Y entre deux positions extrêmes drain et dmax. La position de la pièce 4 le 15 long de l'axe Y est indiquée par une distance d par rapport à une origine O. Le dispositif 2 comprend un capteur 6 d'un champ magnétique Hm à mesurer et un générateur 8 du champ magnétique Hm.

20 Le générateur 8 est fixé sur la pièce 4 sans aucun degré de liberté. Le générateur 8 est disposé en vis-à-vis du capteur 6 de manière à ce que le champ magnétique Hm généré soit mesurable par le capteur 6 quelle que soit la position de 25 la pièce 4 comprise entre drain et dmax. Par exemple, ici, le générateur 8 est un aimant dont le pôle Nord et le pôle Sud sont alignés sur l'axe Y. La hauteur dans la direction Y de l'aimant est notée La.

30 Le capteur 6 est équipé d'un noyau magnétique 10 et d'un circuit électronique 12 raccordé au noyau 10. Le noyau 10 est, de préférence, un noyau superparamagnétique. Un noyau superparamagnétique présente un cycle magnétique B(H) dont un exemple typique est représenté dans 2909169 8 le graphe de la figure 2. Sur la figure 2, l'axe des abscisses représente le champ magnétique H en ampères par mètre et l'axe des ordonnées représente l'induction magnétique B en Tesla.

5 La figure 3 représente quant à elle l'évolution en fonction du champ magnétique H de la dérivée seconde de l'induction magnétique B. Cette dérivée seconde présente une pente 23 (entourée par une ellipse) quasiment linéaire et fortement inclinée. Cette pente 23 est centrée sur la 10 valeur nulle du champ magnétique H et comprise entre des bornes Hmin et Hmax. Les bornes Hmin et Hmax définissent ici la plage de fonctionnement du capteur 6. Entre les bornes Hmin et Hmax la permittivité relative i du noyau est strictement supérieure à un de sorte que le noyau 10 n'est jamais 15 saturé entre ces bornes. La figure 4 représente l'évolution en fonction du champ magnétique H de la dérivée troisième de l'induction magnétique B. La valeur absolue de cette dérivée troisième est maximale pour le champ magnétique nul. Cet extremum 20 pour le champ magnétique nul correspond à la forte pente 23. Un matériau superparamagnétique se caractérise par le fait que : 1) il ne présente pas de rémanence magnétique, de 25 sorte que l'induction magnétique B est nulle ou. quasiment nulle lorsque le champ magnétique H est nul ; 2) il ne présente pas d'hystérésis, de sorte que la courbe de magnétisation est confondue avec la courbe de démagnétisation dans le cycle magnétique B(H) ; 30 3) la perméabilité relative varie continûment et de façon non linéaire en fonction du champ magnétique ; 4) le cycle magnétique B(H) présente la même allure et les mêmes propriétés quelle que soit la direction du champ magnétique H ; et 2909169 9 5) la valeur absolue de la dérivée troisième de l'induction magnétique B par rapport au champ magnétique H présente un maximum lorsque le champ magnétique H est nul. La caractéristique 2) différencie les matériaux 5 superparamagnétiques d'alliages magnétiques doux tels que des mu-métaux (D. La caractéristique 4) différencie les matériaux superparamagnétiques d'un ruban nanocristallin orienté puisque ce dernier ne présente un cycle magnétique B(H) 10 sans hystérésis et sans rémanence magnétique que pour une seule direction prédéterminée du champ magnétique H. Par conséquent, l'orientation du noyau superparamagnétique vis-à-vis du champ magnétique à mesurer est sans importance, alors que ce n'est pas le cas lorsque le noyau est réalisé 15 à l'aide d'un ruban nanocristallin orientés. La caractéristique 5) se traduit par le fait que le cycle magnétique B(H) est fortement non linéaire autour du champ magnétique nul. Il en résulte également que la pente 23 est fortement inclinée. Ainsi, une faible variation du 20 champ magnétique H se traduit par une variation importante de la dérivée seconde de l'induction magnétique B et également par une variation importante de l'amplitude des harmoniques paires dans le signal mesuré. Les harmoniques paires sont définies comme étant les harmoniques dont la 25 fréquence est un multiple entier N de la fréquence du champ magnétique d'excitation, N étant un nombre paire. Ceci explique que le capteur 6 présente une très bonne sensibilité vis-à-vis des variations du champ magnétique à mesurer autour du champ magnétique nul.

30 De plus, la pente 23 est linéaire ou quasiment linéaire sur la plage de fonctionnement du capteur 6, de sorte que la conversion du signal mesuré en une valeur de champ magnétique est simplifiée.

2909169 10 Ici, le matériau superparamagnétique utilisé pour réaliser le noyau 10 comprend une matrice solide dans l'épaisseur de laquelle sont incorporées des particules superparamagnétiques. Les particules superparamagnétiques 5 sont, par exemple, des particules ferromagnétiques dont la largeur la plus grande est suffisamment petite pour que celles-ci, prise individuellement, présentent un cycle magnétique B(H) ayant les mêmes propriétés que celui de la figure 3. Typiquement, la plus grande largeur des 10 particules ferromagnétiques est choisie inférieure à 100 nanomètres et le plus souvent inférieure à 20 manomètres. Cette plus grande largeur de la particule ferromagnétique en deçà de laquelle elle devient superparamagnétique est fonction du matériau ferromagnétique utilisé. Le 15 superparamagnétisme ainsi que des particules superparamagnétiques sont présentés dans la référence bibliographique suivante : E. du Trémolet de lacheisserie et colt Magnétisme TOM 1, Presses Universitaire de Grenoble, 1999.

20 Les oxydes de fer sont les particules superparamagnétiques préférées. Pour être plus complet, on peut préciser que les particules superparamagnétiques peuvent être choisies parmi les oxydes de fer et les oxydes mixtes de fer et d'un autre métal, notamment choisi parmi 25 Mn, Ni, Zn, Bi, Cu, Co. Les oxydes de fer Fe3O4 et Fe2O3 sont des modalités préférées. On peut aussi utiliser : des perovskites ayant des propriété superparamagnétiques, en particulier des perovskites à base de Fe, des oxydes superparamagnétiques de nickel, de cobalt ou des oxydes 30 mixtes de ces métaux, ou encore des alliages métalliques superparamagnétiques, e.g. de type FeNi, CoNi, en particulier Fe20Ni80, La matrice solide est choisie pour ne pas perturber les propriétés magnétiques des particules 2909169 11 superparamagnétiques. Par exemple, la matrice solide est uniquement diamagnétique. On notera également que par le terme solide , on désigne ici également des matrices en matière déformable 5 élastiquement de façon réversible, telles que des élastomères. Les différentes matières susceptibles de donner lieu à une matrice solide au sens de l'invention peuvent être utilisées. De préférence, la matrice est une matière 10 plastique, notamment choisie parmi les thermodurcissables (e.g. phénoplastes, aminoplastes, résines époxydes, polyesters insaturés, polyuréthannes réticulés, alkydes) et les thermoplastiques (e.g. polyvinyliques, chlorures de polyvinyle, acétates de polyvinyle, alcools polyvinyliques, 15 polystyrènes et copolymères, polymères acryliques, polyoléfines, dérivés cellulosiques, polyamides), ou encore des polymères spéciaux (e.g. polymères fluorés, silicones, caoutchouc synthétiques, polyesters saturés, polyuréthannes linéaires, polycarbonates, polyacétals, oxydes de 20 polyphénylènes, polysulfones, polyéthersulfones, polysulfures de phénylène, polyimides). Les élastomères peuvent notamment être du type silicone ou caoutchouc synthétique. Le choix de la matière constituant la matrice pourra 25 être fait en fonction de l'application finaLe, et en particulier en fonction des conditions d'usage. Ainsi, dans l'industrie automobile, on préconise des matrices résistant aux températures d'utilisation courantes, notamment température allant de -30 C à +150 C. Pour 30 l'aéronautique, la plage de température typique à laquelle la matrice doit résister va de -40 C à +100 C. Au stade de la préparation du matériau, les particules superparamagnétiques peuvent être incorporées sous forme pulvérulente au matériau destiné à former la 2909169 12 matrice ou à une fraction ou partie de ce matériau. Elles peuvent aussi être apportées déjà dispersées dans un milieu qui sera mélangé au matériau destiné à former la matrice, ou à une fraction ou partie de ce matériau. Dans tous les 5 cas, le mélange doit être suffisant pour obtenir au final une dispersion adéquate des particules dans toute la matrice. Le matériau peut être directement formé en masse, ou être obtenu à partir de billes, granulés ou analogues de 10 matrice incluant las particules superparamagnétiques, qui sont ensuite agglomérées sous pression, frittage, fusion ou tout autre procédé adapté. Ainsi, le matériau peut être produit par mélange du ou des constituants de la matrice avec une suspension de 15 particules superparamagnétiques dans une phase organique miscible avec le ou les constituants de la matrice, puis polymérisation. La phase organique contenant les particules superparamagnétiques peut être formée ou comprendre un solvant organique, ou bien être formée ou comporter un ou 20 des constituants de la matrice. A titre d'exemple, le matériau est produit par polymérisation en émulsion, e.g. les particules superparamagnétiques sont dispersées dans une phase organique contenant le ou les constituants de la matrice, puis la dispersion obtenue est mélangée avec tout 25 ou partie d'une solution aqueuse formée d'eau et d'au moins un agent émulsifiant, puis l'ensemble est homogénéisé et enfin polymérisé. A titre d'illustration, on peut: mettre en œuvre le procédé de polymérisation en émulsion décrit dans FR-A-2480764.

30 Ici, pour faciliter la fabrication du noyau 10, la matrice est en matière thermoplastique ou thermodurcissable. La répartition des particules superparamagnétiques à l'intérieur de la matrice est telle que les distances entre 2909169 13 particules superparamagnétiques sont suffisantes pour que le noyau macroscopique formé par cette matrice et les particules superparamagnétiques présente :Les mêmes propriétés magnétiques que les particules qui le forment.

5 De préférence, la répartition des particules superparamagnétiques à l'intérieur de la matrice est homogène, de manière à avoir une répartition spatiale homogène des propriétés magnétiques. Les particules superparamagnétiques représentent un 10 pourcentage P du volume total du noyau superparamagnétique. Typiquement, le pourcentage P est choisi supérieur à 2,5% et, de préférence supérieur à 5% ou à 15%. En outre, bien que cela risque de complexifier l'électronique mise en oeuvre pour déterminer la position de la pièce mobile, le 15 pourcentage P peut être choisi strictement inférieur à 5%, par exemple, car cela diminue le coût du noyau 10. Il existe un seuil L pour le pourcentage P, au-delà duquel le noyau formé par cette matrice et ces particules superparamagnétiques perd ses propriétés 20 superparamagnétiques car les distances entre les particules superparamagnétiques sont trop courtes, de sorte que les particules superparamagnétiques sont couplées magnétiquement les unes aux autres et se comportent alors comme une particule ferromagnétique dont la plus grande 25 largeur dépasse le seuil au-delà duquel les propriétés superparamagnétiques disparaissent. Le pourcentage P est choisi aussi proche que possible de cette limite L sans la dépasser. Par exemple, le pourcentage P est choisi dans la plage définie par la 30 relation suivante : L-10%_<P<_L-1%. Plus le pourcentage P est élevé plus la capacité du noyau 10 à concentrer le flux à mesurer est élevée, ce qui améliore les performances du capteur 6.

2909169 14 La perméabilité relative du noyau 10 est, de préférence, strictement supérieure à 1 pour concentrer le flux magnétique. Ici, la valeur maximale ELmax de la perméabilité relative du noyau 10 est obtenue pour une 5 valeur nulle du champ magnétique induit dans le noyau 10. Par exemple, la valeur mai est supérieure à 1.5. Le circuit 12 est apte à exciter à l'aide d'un champ magnétique d'excitation HeX le noyau 10 et à mesurer le champ magnétique induit Hi dans le noyau 10 en réponse à 10 cette excitation. Le champ Hex est un champ magnétique alternatif dont la fréquence Fo est au moins deux fois supérieure à celle du champ magnétique à mesurer. Typiquement, la fréquence du champ magnétique Hex est supérieure à 100 Hz et de 15 préférence supérieure à 1 000 Hz. Le circuit 12 comprend une source réglable pour créer le champ Hex. Cette source est, par exemple, formée d'un bobinage 20 d'excitation alimenté en courant alternatif de fréquence Fo par une source commandable d'alimentation 22.

20 Le bobinage 20 est enroulé autour du noyau 10, de manière à ce que le champ HeX soit vertical. Le circuit 12 comprend aussi au moins un transducteur propre à transformer le champ magnétique induit Hi à l'intérieur du noyau 10 en un signal de mesure électrique 25 tel qu'un courant ou une tension mesurable. A cet effet, le ou chacun de ces transducteurs présente une surface sensible au champ Hi. Ici, le circuit 12 comporte deux transducteurs 26 et 28 sensibles aux champs Hi à l'intérieur du noyau.

30 Par exemple, les transducteurs 26 et 28 sont des bobinages de mesure enroulés, en sens inverse l'un de l'autre, autour du noyau 10. Ces transducteurs 26 et 28 sont disposés chacun à une extrémité respective du noyau 2909169 15 10. Le bobinage 20 est placé à mi-distance entre les transducteurs 26 et 28. Les transducteurs 26 et 28 sont raccordés de façon différentielle à l'entrée d'un filtre passif 30. Ainsi, en 5 absence de champ magnétique à mesurer, le signal électrique à l'entrée du filtre 30 est nul. Un tel montage différentiel des transducteurs 26 et 28 permet d'accroître la sensibilité du capteur 6. La longueur du noyau 10 dans la direction Y est notée 10 Ln. La longueur du transducteur 26 ou 28 dans la direction Y est notée Lb. De façon générale, pour le dispos__tif 2, les longueurs La, Ln et Lb doivent satisfaire la relation suivante : Lb<La<10Ln.

15 Ici, La est inférieur à Ln. Le filtre 30 permet d'effectuer un pré-filtrage pour supprimer du signal électrique de mesure les harmoniques qui n'ont pas d'intérêt pour la suite du traitement. La sortie du filtre 30 est raccordée à l'entrée d'un 20 démodulateur d'amplitude 32 propre à extraire L'amplitude d'une ou plusieurs des harmoniques du signal de mesure. Ici, le démodulateur 32 extrait les amplitudes des harmoniques dont les fréquences sont des multiples entiers de Fo, Fo étant la fréquence du champ d'excitation. De 25 préférence, si l'amplitude d'une seule harmonique est mesurée, la fréquence de cette harmonique est N.Fo, où N est un nombre pair pour faciliter le traitement du signal. Par exemple, ici, N est égal à 2. Le filtre 32 est, par exemple, un démodulateur 30 synchrone raccordé à la source d'alimentation 22 pour se synchroniser en phase avec celle-ci. Le circuit 12 comprend également une contre réaction en champ pour rendre le capteur 6 plus robuste vis-à-vis 2909169 16 des variations de température et pour augmenter sa plage de linéarité. La contre réaction en champ est également utilisée ici pour maintenir en permanence l'amplitude du champ Hi 5 dans la plage de fonctionnement [Hmin ; Hmax] située autour de zéro, et de préférence centrée autour de la valeur zéro. La plage de fonctionnement [Hmin ; Hmax] est représentée sur les figures 2 à 4. A cet effet, le circuit 12 est équipé d'un régulateur 10 36 dont une entrée est raccordée à une sortie du démodulateur 32 et dont des sorties sont raccordées à un bobinage 40 de contre réaction en champ. Le régulateur 36 est apte à commander le bobinage 40, de manière à ce que celui-ci crée un champ magnétique H, de contre réaction 15 propre à annuler le champ magnétique Hm à mesurerä A cet effet, le bobinage 40 est bobiné autour du noyau 10. Le bobinage 40 est ici situé à mi-distance entre les transducteurs 26 et 28. Le courant circulant dans le bobinage 40 est 20 représentatif de l'amplitude du champ magnétique à mesurer. Une des sorties du régulateur 36 est raccordée à un calculateur 44 propre à calculer à partir de l'amplitude A du champ magnétique Hm la distance d. A cet effet, le calculateur 44 est raccordé à une 25 mémoire 46 contenant une table 48 de valeurs étalons. La table 48 contient, par exemple, les valeurs de l'amplitude A du champ magnétique Hm mesurées pour des positions connues de la pièce mobile 4. Le fonctionnement du dispositif 2 va maintenant être 30 décrit en regard du procédé de la figure 5. Lors d'une étape 48, le générateur 8 génère le champ magnétique Hm à mesurer. Les lignes de champ du champ magnétique Hm sont concentrées à l'intérieur du noyau 10. L'amplitude du champ Hm dans le noyau 10 est fonction de la2909169 17 distance séparant le générateur 8 du noyau I0 et donc fonction de la distance d. En parallèle, lors d'une étape 50, le bobinage 20 crée le champ Hex à l'intérieur du noyau 10. En parallèle, 5 lors d'une étape 51, le bobinage 40 crée le champ magnétique Hc. Le champ magnétique induit Hi à l'intérieur du noyau 10 et auquel sont sensibles les transducteurs 26 et 28 est donc le résultat de la somme vectorielle des champs Hm, Hex 10 et H,. Lors des étapes 50 et 51, le circuit 12 génère les champs HeX et Hc de manière à ce que l'amplitude du champ magnétique induit Hi soit maintenue dans la plage [Hmin Hmax] 15 Le champ magnétique induit est transformé, lors d'une étape 52, en courant par les transducteurs 26 et 28. L'ensemble des étapes suivantes de traitement du courant produit par les transducteurs 26 et 28 afin d'obtenir une valeur d'une amplitude de champ magnétique Hm, 20 est regroupé dans une étape 54. Le filtre 30 filtre la différence entre les courants générés par les transducteurs 26 et 28 pour obtenir un signal filtré. Le démodulateur 32 extrait du signal filtré l'amplitude de l'harmonique de fréquence N.Fo. L'apparition 25 de cette harmonique à la fréquence N.F est liée à la non linéarité du cycle magnétique B(H) du noyau 10 et donc aux variations non linéaires de la perméabilité relative du noyau 10. Plus précisément, les déformations du champ Hex dues à ces non linéarités varient en fonction de 30 l'amplitude du champ Hm. Ces déformations du champ Hex se traduisent par la présence d'harmoniques multiples de Fo dans le champ magnétique induit Hi mesuré par les transducteurs 26 et 28.

2909169 18 Cette amplitude est utilisée par le régulateur 36 pour commander le bobinage 40, de manière à générer le champ H, de direction et d'amplitude opposées au champ Hm. Le signal de contre réaction généré par le régulateur 5 36 est donc représentatif de l'amplitude A du champ Hm. Lors d'une étape 56, le calculateur 44 établit à partir de l'amplitude A du champ Hm la valeur de la distance d actuelle. A cet effet, lors de l'étape 56, le calculateur utilise les valeurs de référence enregistrées dans la table 10 48. La figure 6 représente un dispositif 60 de mesure de la position simultanée de deux pièces mobiles 62 et 64 le long d'un axe vertical Y. Les positions des pièces 62 et 64 sont repérées par des distances, respectivement, dl et d2 15 par rapport à une origine 0 sur l'axe Y. Des générateurs 66 et 68 sont fixés sans aucun degré de liberté, respectivement, aux pièces 62 et 64. Les générateurs 66 et 68 génèrent, respectivement, un champ Hmi et Hm2 à mesurer parallèle à l'axe Y.

20 Ici, le générateur 66 est formé d'une source 70 de courant alternatif alimentant un bobinage 72 de manière à générer le champ magnétique Hmi à la fréquence f1. De façon similaire, le générateur 68 est formé d'une source de courant 74 alternatif raccordé à un bobinage 76 25 qui génère le champ magnétique Hm2 à mesurer à la fréquence f2. Le spectre de puissance du champ magnétique Hm2 diffère du spectre de puissance du champ Hmi au moins par la position d'un pic de puissance. Par exemple, ici, le 30 spectre de puissance des champs Hmi et Hm2 présentent chacun un seul pic de puissance respectivement aux fréquences fi et f2 qui sont différentes. Le dispositif 60 comporte également un capteur de champ magnétique à mesurer similaire au capteur 6 à 2909169 19 l'exception du fait que le démodulateur synchrone 32 est remplacé par deux démodulateurs synchrones 80 et 82. Pour simplifier la figure 6, les éléments permettant de réaliser une contre réaction en champ n'ont pas été représentés.

5 Le démodulateur synchrone 80 est connecté par une liaison 84 au générateur 66 de manière à se sync:ironiser en phase avec ce générateur. Le démodulateur 80 est configuré pour extraire du signal de mesure délivré par le filtre 30 l'amplitude de l'harmonique de fréquence n1Fo+m1flr où n1 et 10 m1 sont des entiers non nuls. De préférence, n1 égal à deux et m1 est égal à plus ou moins un. De façon similaire, le démodulateur 82 est raccordé par une liaison 86 au générateur 68 pour être synchronisé en phase avec ce générateur. Le générateur 82 es.= configuré 15 pour extraire du signal de mesure l'amplitude de l'harmonique de fréquence n2Fo+m2f2r où n2 et m2 sont des entiers non nuls. De préférence, n2 est égal à deux et m2 est égal à plus ou moins un. Les amplitudes Al et A2 extraites par les 20 démodulateurs 80 et 82 sont uniquement propor-:tonnelles, respectivement, aux distances dl et d2. Les amplitudes Al et A2 sont envoyées à un calculateur 90 raccordé à une mémoire 92 contenant une table 94 de valeurs de référence. La table 94 contient des valeurs des amplitudes extraites par les 25 démodulateurs 80 et 82 pour des distances dl et d2 connues. Le calculateur 90 est apte, à partir des valeurs contenues dans la table 94, à établir la valeur des distances dl et d2. De préférence, la fréquence Fo du champ magnétique Hex 30 est supérieure à dix fois la fréquence f1 ou f2. Le fonctionnement du dispositif 60 découle du fonctionnement décrit pour le dispositif 2. Toutefois, le dispositif 60 est apte à mesurer simultanément la position des pièces 62 et 64 en utilisant un noyau commun 10. En 2909169 20 effet, les harmoniques de fréquence n1Fo+m1f1 sont uniquement créées par le générateur 66, tandis que les harmoniques de fréquence n2F0+m2f2 sont uniquement créées par le générateur 68.

5 La figure 7 représente un dispositif 100 de mesure de la position angulaire 6 d'une pièce mobile 102. La pièce 102 est montée en rotation autour d'un axe Z-Z' perpendiculaire au plan de la feuille. L'angle 0 est repéré entre : 10 - une direction X horizontale et perpendiculaire à l'axe Z-Z' et coupant l'axe Z-Z' en un point 0, et - un axe 106 solidaire de la pièce 102 perpendiculaire à l'axe Z-Z' et passant par le point O. Le dispositif 100 comporte un aimant 108 fixé sans 15 aucun degré de liberté à une extrémité de la pièce 102. Cet aimant 108 est traversé en son centre par l'axe Z-Z' et le pôle Nord et le pôle Sud de cet aimant sont, respectivement, situés à droite et à gauche de l'axe Z-Z'. Le dispositif 100 comporte également quatre noyaux 20 110 à 113 en matériau superparamagnétique, disposés à la périphérie de la pièce 102. Les noyaux 110 et 112 sont disposés dans le plan défini par l'axe X et un axe Y perpendiculaire aux axes X et Z-Z' et passant par le point O. Dans ce plan, les noyaux 25 110 et 112 sont disposés de façon diamétralement opposée par rapport au point O. Ici, les noyaux 110 e: 112 sont disposés le long de l'axe X. De façon similaire, les noyaux 111 et 113 sont disposés dans le plan défini par les axes X et Y et 30 disposés de façon diamétralement opposée par rapport au point O. Ici, les noyaux 111 et 113 sont disposés sur l'axe Y. Chacun de ces noyaux comporte un bobinage d'excitation, respectivement, 114 à 117 propre à créer un 2909169 21 champ magnétique alternatif d'excitation Hex dans chacun de ces noyaux à la fréquence Fo. Chacun de ces noyaux 110 à 113 comporte également un transducteur, respectivement, 120 à 123, propre à mesurer 5 le champ magnétique HI induit dans chacun de ces noyaux. Les transducteurs 120 et 122 sont raccordés de façon différentielle à l'entrée d'un filtre puis d'un premier démodulateur synchrone propre à extraire l'amplitude Al de l'harmonique de fréquence NFo, où N est un nombre entier 10 supérieur ou égal à deux. Les transducteurs 121 et 123 sont également raccordés de façon différentielle à l'entrée d'un autre filtre et d'un second démodulateur synchrone propre à extraire l'amplitude A2 de l'harmonique de fréquence NFo. Les 15 amplitudes Al et A2 sont chacune proportionnelles à la valeur de l'angle 0 à plus ou moins 180 près. Par conséquent, en combinant les amplitudes Al et A2, il est possible d'obtenir une mesure de l'angle 0 avec une incertitude strictement inférieure à 180 .

20 Le fonctionnement du dispositif 100 se déduit de celui du dispositif 2. De nombreux autres modes de réalisation sont possibles. Par exemple, dans chacun des modes de réalisation dans lesquels le générateur est un aimant, 25 celui-ci peut être remplacé par un bobinage produisant un champ continu et constant ou par un bobinage produisant un champ périodique dont le spectre de fréquence est connu. Bien que les différents modes de réalisation aient été décrits dans le cas particulier où deux transducteurs 30 montés de façon différentielle sont utilisés, il est possible de supprimer l'un de ces deux transducteurs et de ne travailler qu'avec un seul transducteur. Ceci étant en particulier vrai si, par exemple, on superpose au-dessus de l'aimant 8 du dispositif 2 un aimant identique mais tête 2909169 22 bêche, c'est-à-dire que les polarités en vis-à-vis de l'aimant 8 et de l'aimant ajouté sont les mêmes. Cela permet de linéariser les variations du champ magnétique à mesurer en fonction de la distance d au voisinage d'un 5 champ magnétique à mesurer nul. On peut également à la place des aimants utiliser deux générateurs de champs magnétiques continus disposés en sens inverse l'un par rapport à l'autre. Un matériau magnétiquement conducteur peut être 10 interposé entre le noyau et le générateur fixé sur la pièce mobile. Il est également possible de déterminer la position de la pièce mobile à partir de l'amplitude du fondamental du signal de mesure. Pour cela, un démodulateur synchrone 15 ou une mesure de la variation de l'inductance peut être utilisé. Cela correspond au cas où N est égal à un dans le dispositif 100. Le champ magnétique d'excitation Hex n'est pas nécessairement un champ sinusoïdal. En variante, la forme 20 d'onde de ce champ d'excitation est quelconque. Par exemple, la forme d'onde est rectangulaire, triangulaire ou autre. De façon similaire, la forme d'onde du champ magnétique à mesurer n'est pas nécessairement sinusoïdale 25 ou constante. Par exemple, un signal pseudoaléatoire connu peut être utilisé. Dans ce dernier cas, le démodulateur synchrone est remplacé par un démodulateur d'amplitude propre à extraire du signal de mesure l' amplituc.e du champ magnétique induit dans le noyau en réponse au champ Hm. A 30 cet effet, par exemple, le démodulateur utilise le signal pseudoaléatoire connu. Ce qui a été décrit en regard de la figure 7, c'est-à-dire utiliser des transducteurs montés de façon différentielle mais entourés autour de noyaux distincts 2909169 23 peut être appliqué aux autres modes de réalisation décrits ici. Les bobinages d'excitation et de mesure peuvent être confondus. De même, le bobinage d'excitation et Le bobinage 5 de contre réaction en champ peuvent également être confondus. La contre réaction en champ peut être omise. La mesure d'harmoniques peut se résumer à une seule harmonique, dans ce cas on choisira de préférence une 10 harmonique paire, c'est-à-dire N=2. Les bobinages ainsi que les transducteurs peuvent être noyés à l'intérieur du noyau superparamagnétique par tout type de procédé de moulage ou de surmoulage. Le noyau superparamagnétique peut être remplacé par 15 tout noyau réalisé dans un matériau magnétique (par exemple un composite d'alliages magnétiques doux) présentant des courbes similaires à celles des figures 2 à 4. Le noyau superparamagnétique est utilisé ici en même temps en tant que modulateur du champ magnétique 20 d'excitation en fonction du champ magnétique à mesurer et en tant que concentrateur de flux magnétique. En variante, le noyau superparamagnétique peut être utilisé dans un capteur de champ magnétique uniquement en tant que modulateur.

25 Le dispositif 60 a été décrit dans le cas particulier où le même noyau 10 est utilisé pour mesurer simultanément la position de deux pièces mobiles 62 et 64. L'enseignement donné en regard du dispositif 60 peut être généralisé à la mesure simultanée de la position de plus de deux pièces 30 mobiles. A cet effet, chaque pièce mobile sera équipée de son propre générateur de champ à mesurer. Les différents champs magnétiques à mesurer générés par chacun de ces générateurs ont des spectres de puissance différant les uns des autres au moins par la position d'un pic de puissance.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure de la position d'au moins une 5 première pièce mobile (4 ; 62, 64, 102), ce dispositif comportant . - au moins un premier générateur (8 ; 66 ; 108) d'un premier champ magnétique à mesurer, ce premier générateur étant solidaire de la première pièce mobile, 10 - au moins un noyau magnétique (10 ; 110-113) apte à moduler l'amplitude d'un champ magnétique d'excitation (Hex) en fonction de l'amplitude du premier champ magnétique à mesurer, ce noyau magnétique présentant un cycle magnétique de l'induction magnétique en fonction du champ magnétique 15 dépourvu d'hystérésis dans une plage de fonctionnement [Hmin ; Hmax], et -un calculateur électronique (44) apte à déterminer la position de la première pièce mobile par rapport au noyau magnétique à partir de l'amplitude d'un champ 20 magnétique induit dans le noyau magnétique, ce champ magnétique induit résultant de la combinaison du champ magnétique à mesurer et du champ magnétique d'excitation, dans lequel le cycle magnétique du noyau magnétique (10 ; 110-113) se caractérise en ce que la valeur absolue de la 25 dérivée troisième de l'induction magnétique par rapport au champ magnétique est maximale pour un champ magnétique nul.

2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel un circuit électronique (12) est apte à générer le champ magnétique d'excitation et/ou un champ magnétique de contre 30 réaction propre à maintenir en permanence l'amplitude du champ magnétique induit dans la plage de fonctionnement [Hmin ; Hmax] située autour de zéro, le noyau magnétique n'étant jamais saturé dans la plage de fonctionnement. 2909169 25

3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, dans lequel le noyau magnétique (10 ; 110-113) est un noyau superparamagnétique.

4. Dispositif selon la revendication 3, dans lequel le noyau superparamagnétique (10 ; 110-113) est formé d'une matrice solide dans laquelle sont dispersées des particules superparamagnétiques suffisamment espacées les unes des autres pour que le noyau soit superparamagnétique,

5. Dispositif selon la revendication 4, dans lequel les particules superparamagnétiques représentent. au moins 5% du volume de la matrice dans laquelle elles sont incorporées.

6. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le dispositif 15 comporte : - un second générateur (68) d'un second champ magnétique à mesurer, ce second générateur étant solidaire d'une seconde pièce mobile (64), le second champ magnétique ayant un spectre de puissance présentant au moins un pic de 20 puissance à une fréquence différente des fréquences pour lesquelles le spectre de puissance du premier champ magnétique présente des pics de puissance, - le même noyau magnétique (10) est également apte à moduler l'amplitude du champ magnétique d'excitation 25 simultanément en fonction de l'amplitude du premier et du second champ magnétique à mesurer, et - le circuit électronique est apte : . à déterminer la position de la première pièce mobile (62) par rapport au noyau (10) à partir de 30 l'amplitude du champ magnétique induit dans le noyau magnétique et du premier champ (Hml) généré pendant l'intervalle (T) de mesure, et . à déterminer la position de la seconde pièce mobile (64) par rapport au noyau (10) à partir de 2909169 26 l'amplitude du même champ magnétique induit dans le noyau magnétique et du second champ (Hm2) généré pendant le même intervalle (T) de mesure, le champ magnétique induit dans le noyau magnétique 5 résultant de la combinaison des premier et second champs magnétiques à mesurer et du champ magnétique d'excitation.

7. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel au moins l'un des spectres de puissance du champ magnétique d'excitation ou 10 du spectre de puissance du champ magnétique à mesurer présente un pic dominant de puissance pour une fréquence Fo, et dans lequel un circuit électronique (12) apte à mesurer une amplitude du champ magnétique à mesurer comprend : - au moins un transducteur (26, 28) propre à transformer le champ magnétique induit à l'intérieur du noyau (10) en un signal de mesure, et - un démodulateur (32 ; 80, 82) d'amplitude propre à extraire l'amplitude d'une harmonique du signal de mesure à une fréquence NFo, N étant un nombre entier supérieur ou égal à deux.

8. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel N est égal à deux.

9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel : - le premier générateur solidaire de la pièce mobile génère un champ magnétique continu présentant une polarité positive et une polarité négative, - le dispositif comporte un troisième générateur d'un champ magnétique continu à mesurer, ce troisième générateur étant solidaire de la même pièce mobile et présentant une polarité positive et une polarité négative, l'une de la polarité positive ou de la polarité négative du troisième générateur étant disposée en vis-à-vis de la polarité de même signe du premier générateur. 2909169 27

10. Procédé de mesure de la position d'une première pièce mobile (4), ce procédé comportant : - la génération (48) d'un premier champ magnétique à mesurer à l'aide d'un générateur de champ solidaire de la 5 première pièce mobile (4), - la fourniture d'au moins un noyau magnétique (10) apte à moduler l'amplitude d'un champ magnétique d'excitation en fonction de l'amplitude du premier champ magnétique à mesurer, ce noyau magnétique présentant un 10 cycle magnétique de l'induction magnétique en fonction du champ magnétique dépourvu d'hystérésis dans une plage de fonctionnement [Hmin Hmax], et - la détermination (56) de la position de la première pièce mobile (4) par rapport au noyau magnétique à 15 partir de l'amplitude d'un champ magnétique induit dans le noyau magnétique (10), ce champ magnétique induit: résultant de la combinaison du premier champ magnétique à mesurer et du champ magnétique d'excitation, dans lequel le cycle magnétique du noyau magnétique (10) se 20 caractérise en ce que la valeur absolue de 1a dérivée troisième de l'induction magnétique par rapport: au champ magnétique est maximale pour un champ magnétique nul.