FR3127802A1 - Procédé de détection d'une position d'un générateur de signaux dans un système de mesure de déplacement et système de mesure de déplacement - Google Patents

Abstract

Dans un procédé de détection d'une position d'un générateur de signaux dans un système de mesure de déplacement comprenant au moins un capteur à effet Hall, un ensemble de données de position et d’intensité (Bny, Bnz) est fourni pour une pluralité de positions prédéterminées (pi). Un signal de mesure actuel (BMny, BMnz) est détecté pour chaque sens de mesure sur l'un ou chacun des plusieurs capteurs à effet Hall pour une position actuelle (p) du générateur de signaux, et la position actuelle (p) du générateur de signaux est déterminée à partir des données de position et d’intensité (Bny, Bnz) et de tous les signaux de mesure actuels (BMny, BMnz). Les données de position et d’intensité (Bny, Bnz) pour le système de mesure de déplacement sont stockées dans une unité de commande. Fig. 6

Description

Procédé de détection d'une position d'un générateur de signaux dans un système de mesure de déplacement et système de mesure de déplacement

L'invention se rapporte à un procédé de détection d'une position d'un générateur de signaux dans un système de mesure de déplacement et à un système de mesure de déplacement.

Des capteurs à effet Hall sont souvent utilisés pour déterminer la position. Ceux-ci mesurent un champ magnétique d'un générateur de signaux qui est déplacé devant eux. Les valeurs mesurées obtenues dépendent à la fois des capteurs à effet Hall utilisés et du générateur de signaux utilisé lui-même, ainsi que de la position relative du générateur de signaux par rapport au capteur à effet Hall et du nombre de capteurs à effet Hall utilisés. Les influences environnementales, telles que les variations de température et les effets du vieillissement, jouent également un rôle.

Une évaluation analytique exacte des signaux de mesure est donc impossible. Des procédés connus fonctionnent par exemple avec une linéarisation de certaines parties des courbes caractéristiques des capteurs à effet Hall. Il est par exemple connu du document DE 10 2018 203 884 A1 de former le quotient des deux signaux de mesure obtenus et d'appliquer à ce résultat une fonction sigmoïde, par exemple une fonction arc tangente, pour la linéarisation.

Le document DE 10 2008 045 177 A1 propose en revanche de calculer la position du générateur de signaux à partir du champ magnétique mesuré par le capteur à effet Hall au moyen de simples formules d'approximation déterminées de manière empirique.

Ceci est encore compliqué par le fait que les zones de mesure de capteurs à effet Hall individuels sont généralement plus courtes que la zone totale dans laquelle la position du générateur de signaux doit être déterminée. Dans ce cas, une pluralité de capteurs à effet Hall sont agencés les uns derrière les autres le long du parcours de mesure.

En somme, les capteurs à effet Hall conviennent toutefois à un système de mesure fonctionnant sans contact, étant donné qu’ils sont fiables et robustes. C'est pourquoi les capteurs à effet Hall sont par exemple souvent utilisés pour détecter la position d'une soupape ou d'un entraînement.

Il est ainsi connu d’agencer sur un poussoir de soupape un aimant servant de générateur de signaux qui se déplace dans la zone de détection d'un capteur à effet Hall pour déterminer l'état de la soupape par rapport à une position d'ouverture ou de fermeture. Le signal de mesure ainsi généré dans le capteur à effet Hall est utilisé pour déterminer la position.

Le but de l'invention est d'améliorer la détermination de la position d'un générateur de signaux dans un système de mesure de déplacement.

Ce but est atteint par un procédé de détection d'une position d'un générateur de signaux dans un système de mesure de déplacement qui comprend un dispositif de détection de position présentant un capteur à effet Hall ou au moins deux capteurs à effet Hall, l'un des capteurs à effet Hall détectant deux signaux de mesure ou plus, ou une pluralité de capteurs à effet Hall détectant chacun au moins un signal de mesure dans au moins un sens de mesure lorsque le générateur de signaux se déplace par rapport audit ou auxdits capteurs à effet Hall. Le procédé comprend les étapes suivantes :

- fournir un ensemble de données de position et d’intensité pour une pluralité de positions prédéterminées à l'intérieur d'une zone de mesure dudit capteur à effet Hall ou de chacun des capteurs à effet Hall dans chaque sens de mesure,

- mesurer un signal de mesure actuel pour chaque sens de mesure au niveau dudit capteur à effet Hall ou de chacun des capteurs à effet Hall pour une position actuelle du générateur de signaux, et

- déterminer la position actuelle du générateur de signaux à partir des données de position et d’intensité et de tous les signaux de mesure actuels.

Une comparaison appropriée des signaux de mesure actuels avec les données de position et d’intensité permet, le cas échéant, de déduire la position actuelle du générateur de signaux sans réaliser une transformation des signaux de mesure actuels ou un calcul avec les signaux de mesure actuels. La détermination de la position est donc à la fois rapide et précise. La détection des signaux d'un seul ou d'au moins deux capteurs à effet Hall, de préférence de tous les capteurs à effet Hall dans tous les sens de mesure, permet une attribution univoque des signaux de mesure mesurés pour une seule position du générateur de signaux à une position actuelle du générateur de signaux. La détection de la position nécessite au moins deux signaux de mesure qui doivent être reçus soit par le capteur à effet Hall unique, soit, dans le cas de plusieurs capteurs à effet Hall, par les plusieurs capteurs à effet Hall. En cas d'utilisation d'un capteur à effet Hall unique, le procédé peut être utilisé de préférence pour mesurer la course dans le cas de petites soupapes à faible course.

Les données de position et d’intensité, invariables pour le dispositif de détection de position actuelle, sont fournies une fois au préalable et doivent uniquement être respectivement lues pour la détermination de la position actuelle, ce qui accélère également le procédé.

En outre, le nombre de capteurs à effet Hall nécessaires sur la longueur de mesure totale souhaitée du système de mesure de déplacement peut être réduit par rapport aux systèmes classiques, notamment en cas d'utilisation d'un capteur à effet Hall unique. Ceci est obtenu en considérant respectivement l'ensemble de la zone de mesure d'un capteur à effet Hall. Ainsi, non seulement la zone de champ proche du capteur à effet Hall est utilisée, laquelle peut être facilement linéarisée et évaluée de manière analytique, mais également le champ lointain du capteur à effet Hall (dans des positions qui fournissent encore un signal de mesure avec une intensité de signal suffisante).

Dans le cas d’une pluralité de capteurs à effet Hall, ceux-ci peuvent être positionnés à une distance quelconque les uns des autres et ne doivent pas être agencés équidistants. La distance n'est limitée que par la condition qu'en tout point de la longueur de mesure totale, au moins un capteur à effet Hall reçoive un signal de mesure d'une intensité de signal suffisante.

Chaque changement de position du générateur de signaux dans la zone de détection du capteur à effet Hall correspondant entraîne de préférence une modification du signal de mesure pour tous les sens de mesure, la modification étant clairement représentée par les courbes caractéristiques du ou des capteurs à effet Hall respectifs pour les sens de mesure respectifs.

En principe, les courbes caractéristiques des capteurs à effet Hall varient pour les différents sens de mesure et en fonction de l’agencement des capteurs à effet Hall dans le système de mesure par rapport à la trajectoire de déplacement du générateur de signaux. En outre, les courbes caractéristiques varient en fonction du type et du fabricant du capteur à effet Hall lui-même, ainsi qu'en fonction d'autres grandeurs telles que la température ambiante et l'état de vieillissement. Le champ magnétique du générateur de signaux peut également dépendre du type, de la température et/ou de l'état de vieillissement.

Ces courbes caractéristiques peuvent toutefois être déterminées au préalable pour chaque capteur à effet Hall et chaque sens de mesure, la détermination des courbes caractéristiques pouvant se faire soit par des fonctions analytiques, en partie empiriques, soit par l'enregistrement de courbes de mesure. Les courbes caractéristiques servent de base aux données de position et d’intensité.

De même, les influences de la température ambiante et des processus de vieillissement sont en principe connues et peuvent être prises en compte lors de l'élaboration des données de position et d’intensité.

L'ensemble des données de position et d’intensité comprend donc de préférence toute une famille de courbes caractéristiques qui sont respectivement adaptées au système de mesure de déplacement individuel. Pour les courbes caractéristiques individuelles, il est possible de prendre en compte non seulement le mouvement du générateur de signaux le long de la longueur de mesure totale pour le ou les capteurs à effet Hall individuels et leurs sens de mesure, mais aussi différentes températures ambiantes attendues ainsi que les états de vieillissement des capteurs à effet Hall et du générateur de signaux sur la durée de vie attendue du système de mesure de déplacement. D'autres paramètres supplémentaires ayant une influence sur les signaux de mesure détectés par ledit ou lesdits capteurs à effet Hall ou sur le champ magnétique du générateur de signaux peuvent bien entendu également être pris en compte dans les données de position et d’intensité. Les paramètres supplémentaires inclus dans les données de position et d’intensité comprennent notamment des données de température et/ou de vieillissement.

Les données de position et d’intensité devraient alors correspondre autant que possible aux caractéristiques réelles du ou des capteurs à effet Hall en tenant compte des paramètres correspondants.

Comme il n'est pas nécessaire de linéariser les courbes caractéristiques ou les signaux de mesure, notamment par une formation de quotient, les champs lointains dudit ou desdits capteurs à effet Hall peuvent également être inclus dans la mesure, ce qui élargit considérablement la zone de mesure dudit ou desdits capteurs à effet Hall individuels par rapport aux méthodes classiques.

Pour déterminer la position, les données de position et d’intensité appropriées correspondantes parmi l'ensemble des données de position et d’intensité qui reposent sur les courbes caractéristiques respectives sont par exemple choisies en fonction des conditions extérieures présentes, comme la température ambiante ou la durée de fonctionnement du système de mesure de déplacement, et sont utilisées comme base pour la détermination de la position.

Le choix des courbes caractéristiques et des paramètres à utiliser à partir de l’ensemble de données de position et d’intensité ainsi que la détermination de la position sur la base des données de position et d’intensité elles-mêmes sont effectués par une routine de commande appropriée. Celle-ci est généralement intégrée dans le système de mesure de déplacement lui-même et est par exemple stockée sous forme de logiciel dans une unité de commande reliée à celui-ci.

Le logiciel utilisé peut comprendre toute forme appropriée d'intelligence artificielle ou de programmes d'apprentissage automatique.

Une option pour la détermination des courbes caractéristiques pour fournir les données de position et d’intensité consiste à déplacer le générateur de signaux le long de la zone de mesure du capteur à effet Hall respectif selon une trajectoire prédéterminée et à enregistrer le signal mesuré ainsi que la position correspondante.

Une autre option pour fournir les données de position et d’intensité consiste à calculer les données de position et d’intensité. À cet effet, il est possible d’utiliser des formules analytiques ou déterminées de manière empirique. Une courbe d'ajustement suffisamment précise, déterminée de manière empirique, pour une courbe caractéristique mesurée est par exemple concevable..

Une combinaison des deux types de fournissement de données de position et d’intensité est également possible.

L'ensemble de données de position et d’intensité peut être créé à l'extérieur du système de mesure de déplacement, puis transmis à une unité de commande du système de mesure de déplacement et y être stocké. Cela présente l'avantage qu'un ensemble de données de position et d’intensité adapté à un grand nombre de systèmes de mesure de déplacement du même type ne doit être créé qu'une seule fois. Ceci est le cas, par exemple, pour des systèmes de mesure de déplacement présentant des capteurs à effet Hall et des générateurs de signaux provenant du même lot d'un fabricant.

Dans ce cas, l'ensemble de données de position et d’intensité peut par exemple être basé sur une mesure exacte du système de mesure de déplacement et des courbes caractéristiques. Cela peut se faire par exemple en déplaçant le générateur de signaux le long de sa trajectoire de déplacement prédéterminée et en mesurant les courbes caractéristiques dudit ou desdits capteurs à effet Hall individuels pour différentes conditions environnementales, les positions alors connues étant enregistrées et associées aux courbes caractéristiques en tant que données de position. Cela peut notamment être effectué dans le cadre d'un processus d'apprentissage du système de mesure de déplacement.

Une autre possibilité consiste à créer l'ensemble de données de position et d’intensité de manière appropriée, y compris dans le système de mesure de déplacement lui-même. Une combinaison est également possible, la majeure partie de l’ensemble de données de position et d’intensité étant créée en externe et transférée au système de mesure de déplacement concerné, et la saisie de paramètres supplémentaires pour le système de mesure de déplacement individuel concerné étant effectuée dans le système de mesure de déplacement lui-même. Cela peut également se faire, par exemple, dans le cadre d'un processus d'apprentissage.

La détermination de la position actuelle du générateur de signaux peut par exemple être réalisée selon une classification selon les plus proches voisins ou une classification du type forêt aléatoire. En alternative, il est également possible d’appliquer une régression selon les plus proches voisins ou une régression du type forêt aléatoire. Tout autre procédé approprié d'apprentissage superficiel ou d'apprentissage en profondeur (par exemple via des réseaux neuronaux) qui, en utilisant un ensemble de données de position et d’intensité, permet d'obtenir une position actuelle précise du générateur de signaux est également possible. Des modèles aptes à être entraînés peuvent également être utilisés.

Des méthodes d'intelligence artificielle peuvent également être appliquées pour détecter d'éventuelles incohérences et anomalies dans la base de données de position et d’intensité et pour les supprimer ou les corriger.

De préférence, la quantité de données de position et d’intensité obtenues est réduite par un procédé de sous-échantillonnage. Le sous-échantillonnage réduit la résolution de mesure, ce qui peut toutefois être compensé par une pondération dans la régression des plus proches voisins ou dans les autres procédés appropriées d'apprentissage superficiel ou d’apprentissage en profondeur. Cette variante est particulièrement avantageuse lorsque le procédé doit être mis en œuvre sur un microcontrôleur agencé sur une carte de circuit imprimé sur laquelle est agencé au moins un capteur à effet Hall. Ceci signifie que le procédé est mis en œuvre dans le système de mesure de déplacement lui-même et non dans un dispositif de commande associé à celui-ci, séparé dans l’espace et situé à distance du système de mesure de déplacement.

En cas d'utilisation d'un seul capteur à effet Hall, il est nécessaire qu'au moins deux signaux puissent être détectés par ce capteur à effet Hall, ce qui est notamment très facile à réaliser lorsque celui-ci mesure dans différents sens de mesure, par exemple dans un sens y et un sens z, afin de générer différents signaux de mesure.

L'invention se rapporte également à un système de mesure de déplacement présentant un dispositif de détection de position qui comprend au moins un capteur à effet Hall, l'un des capteurs à effet Hall détectant un signal de mesure dans au moins un sens de mesure ou une pluralité de capteurs à effet Hall détectant chacun un signal de mesure dans au moins un sens de mesure, et un générateur de signaux, dans le cas d’une pluralité de capteurs à effet Hall, les capteurs à effet Hall étant agencés les uns derrière les autres le long d'une trajectoire de déplacement, en particulier d'un axe de déplacement du générateur de signaux, ainsi qu'une unité de commande. Le système de mesure de déplacement est aménagé pour exécuter un procédé tel que décrit ci-dessus, les données de position et d’intensité pour le système de mesure de déplacement étant stockées dans l'unité de commande.

"L'un derrière l'autre" signifie que les capteurs à effet Hall sont parcourus l'un après l'autre lorsque la pièce à mesurer se déplace. À cet effet, les capteurs à effet Hall peuvent se trouver sur une ligne parallèle à la trajectoire de déplacement ou être décalés latéralement les uns par rapport aux autres le long de la trajectoire de déplacement. Par exemple, dans le cas d'une trajectoire linéaire (axe de déplacement), un capteur à effet Hall peut être situé à gauche de la trajectoire de déplacement, vu dans le sens du déplacement, et le capteur à effet Hall ensuite parcouru peut être situé à droite de la trajectoire de déplacement, ceci étant également possible pour une trajectoire circulaire.

De préférence, ledit au moins un capteur à effet Hall est structuré de manière à comprendre au moins deux capteurs partiels qui détectent les composantes du champ magnétique dans un premier sens de mesure et dans un deuxième sens de mesure orthogonal à celui-ci, et qui fournissent chacun des signaux de mesure.

Dans le cas de capteurs à effet Hall intégrés dans des puces semi-conductrices, les propriétés des capteurs partiels pour les différents sens spatiaux, telles que la sensibilité, l'offset et la dérive, varient en fonction de la fabrication. Les capteurs partiels y et x agencés sur la surface du capteur à effet Hall présentent des propriétés similaires, tandis que les propriétés du capteur partiel z orienté vers la profondeur du capteur à effet Hall diffèrent davantage.

Ainsi, les signaux de mesure des sens y et z, par exemple, diffèrent fortement les uns des autres et peuvent donc également être bien différenciés les uns des autres. Ainsi, un signal de mesure d'un capteur partiel situé dans la surface du capteur Hall est de préférence utilisé pour le premier sens de mesure, et celui du sens z perpendiculaire à celui-ci et s'étendant dans la profondeur du capteur Hall pour le deuxième sens de mesure.

Le sens qui coïncide avec le sens de déplacement du générateur de signaux est par exemple utilisé comme premier sens de mesure. Il convient de noter ici que le capteur partiel situé dans la surface du capteur à effet Hall et dont le sens de mesure est perpendiculaire au sens de déplacement du générateur de signaux ne fournit normalement qu'un signal très faible, étant donné que le générateur de signaux est de préférence agencé au centre de la surface du capteur à effet Hall. Il va donc de soi que le capteur partiel avec le sens de mesure sur la surface du capteur à effet Hall qui produit un signal fort est choisi. Dans la présente demande, ce sens est défini arbitrairement an tant que sens y du système de mesure de déplacement.

Les plusieurs capteurs à effet Hall sont de préférence agencés les uns derrière les autres sur une ligne droite le long d'une trajectoire de déplacement sous forme d'axe de déplacement du générateur de signaux. Les distances entre les différents capteurs à effet Hall peuvent être choisies identiques ou différentes. Les données de position et d’intensité permettent d'en tenir compte et donc de les compenser.

Trois capteurs à effet Hall ou plus sont par exemple prévus dans le système de mesure de déplacement.

Le générateur de signaux se déplace en particulier uniquement en ligne droite dans un mouvement de va et vient, mais peut aussi se déplacer sur une trajectoire circulaire.

Le système de mesure de déplacement comprend de préférence des capteurs appropriés, par exemple pour la température et la durée de vie antérieure, pour détecter les paramètres stockés dans les données de position et d’intensité. En alternative, ces paramètres peuvent être fournis par d'autres moyens, par exemple en transmettant les données correspondantes au système de mesure de déplacement. Cela pourrait par exemple être réalisé dans le cadre d'une routine de calibrage au moyen d'un dispositif supplémentaire.

Une application possible du système de mesure de déplacement est dans un entraînement d'une soupape, une position de la soupape étant déterminée.

Par exemple, le générateur de signaux est un aimant à polarisation axiale qui est agencé sur un poussoir de soupape déplaçable linéairement le long d'une trajectoire de déplacement sous forme d'axe de déplacement, de sorte que ses pôles se trouvent dans l'axe de déplacement, l'axe de déplacement étant parallèle à un sens de mesure, en particulier au premier sens de mesure.

Le générateur de signaux est de préférence un aimant permanent avec exactement deux pôles, qui est polarisé linéairement, de sorte que des aimants simples et peu coûteux peuvent être utilisés.

Le capteur à effet Hall est notamment logé dans une tête de commande de la soupape, dans laquelle s'étend le poussoir de soupape avec le générateur de signaux qui y est fixé.

La tête de commande comprend par exemple exclusivement des tronçons de la soupape qui ne sont pas fluidiquement traversés par l’agent de traitement.

La tête de commande présente de préférence une structure de fixation pour une platine sur laquelle sont montés le ou les capteur(s) à effet Hall.

En outre, la tête de commande présente normalement un passage pour le poussoir de soupape d’un côté orienté vers un élément de soupape de la soupape. La structure de fixation et le passage définissent par leurs positions la position de l'axe de déplacement par rapport au capteur à effet Hall, ce qui facilite le montage exact du dispositif de détection de position.

L'élément de soupape est en contact avec des zones de la soupape traversées par un fluide et obture par exemple un siège de soupape ou le libère, l'élément de soupape étant relié en relation mécanique univoque avec le poussoir de soupape et donc avec le générateur de signaux, de sorte qu'une détermination de la position du générateur de signaux donne une information univoque sur la position de l'élément de soupape.

La soupape est par exemple une soupape de processus, l'invention pouvant cependant également être mise en œuvre dans toutes les autres soupapes appropriées.

Il convient de relier l'unité de commande au capteur à effet Hall de manière à transmettre des signaux, et elle est de préférence également réalisée de manière à effectuer l'évaluation des données de mesure et la détermination de la position.

Il est possible d’agencer l'unité de commande sur la même platine que le ou les capteurs à effet Hall. Mais il est également envisageable de traiter les signaux de mesure en externe et donc d’agencer l'unité de commande à un autre endroit de la soupape ou en dehors de la soupape.

L'invention est décrite plus en détail dans ce qui suit à l'aide d'un exemple de réalisation en référence aux figures annexées. Les dessins montrent :

une représentation schématique d'un système de mesure de déplacement selon l'invention, ici une soupape, pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'invention ;

schématiquement le dispositif de détection de position du système de mesure de déplacement de la ;

des étapes du procédé selon l'invention pour fournir un ensemble de données de position et d’intensité ;

autres étapes du procédé selon l'invention ;

des étapes du procédé selon l'invention pour déterminer la position ; et

une représentation schématique des données de position et d’intensité stockées, des résultats de mesure d'un dispositif de détection de position avec trois capteurs à effet Hall et de la position du générateur de signaux déterminée par le système de mesure de déplacement.

Les dessins ne sont pas à l'échelle.

Les figures 1 et 2 montrent un système de mesure de déplacement 10, ici dans une soupape 11, en particulier une soupape de processus, présentant un dispositif de détection de position 12 représenté schématiquement, qui est ici logé dans une tête de commande 14 de la soupape 11.

Le système de mesure de déplacement 10 peut bien sûr être utilisé à d'autres fins, notamment dans tout type d'entraînement comportant un élément à mouvement linéaire.

La tête de commande 14 comprend ici exclusivement des éléments de la soupape 11 qui ne sont pas traversés par le fluide de traitement.

Un poussoir de soupape 16 fait saillie à travers un passage 18 à l'extrémité inférieure de la tête de commande 14 et est solidaire d'un élément de soupape 20 à l'extérieur de la tête de commande 14.

L'élément de soupape 20 coopère avec les composants de la soupape 11 transportant les fluides de traitement, qui sont uniquement esquissés ici. Par exemple, l'élément de soupape 20 peut obturer ou libérer un siège de soupape ou coopérer avec un composant qui obture ou libère le siège de soupape. Dans tous les cas, le mouvement du poussoir de soupape 16 se transmet directement et immédiatement à l'élément de soupape 20, de sorte qu'une position du poussoir de soupape 16 donne une information univoque sur la position de l'élément de soupape 20.

Un générateur de signaux 22 est agencé sur le poussoir de soupape 16 à l'extrémité opposée à l'élément de soupape 20. Le générateur de signaux 22 est ici un aimant à polarisation axiale dont les pôles sont agencés le long de l'axe longitudinal du poussoir de soupape 16. L’agencement des pôles représenté sur la est choisi à titre d'exemple, le générateur de signaux 22 pouvant bien entendu être polarisé en sens inverse.

L'axe longitudinal du poussoir de soupape 16 définit une trajectoire de déplacement sous forme d'axe de déplacement A_y, le poussoir de soupape 16 se déplaçant linéairement en va-et-vient le long de l'axe de déplacement A_ydans une zone de déplacement prédéterminée pour déplacer l'élément de soupape 20.

Le générateur de signaux 22 est monté dans une position fixe sur le poussoir de soupape 16 et génère un champ magnétique à symétrie de révolution autour de l'axe de déplacement A_y. Qu’un seul générateur de signaux 22 est ici prévu dans la soupape 11.

Le générateur de signaux 22 fait partie du dispositif de détection de position 12. Le dispositif de détection de position 12 comprend également un ou une pluralité de capteurs à effet Hall 24, 26, 28 (ici trois, en général n). Dans cet exemple, tous les capteurs à effet Hall 24, 26, 28 sont montés ensemble sur une platine 30 (voir ). Tous les capteurs à effet Hall 24, 26, 28 sont alignés le long d'une ligne droite suivant l'axe de déplacement A_yet sont ici positionnés à des distances égales.

Il convient de souligner qu'un seul capteur à effet Hall, par exemple le capteur à effet Hall 26, est suffisant pour la détection de la position. Ce capteur à effet Hall unique serait également monté sur la platine 30. Les caractéristiques de la description détaillée qui suit après s'appliquent également à un capteur à effet Hall unique. En cas d'utilisation d'un seul capteur à effet Hall, celui-ci est réalisé de manière à pouvoir détecter des signaux de mesure B_Mny, B_Mnzdans au moins deux sens spatiaux perpendiculaires entre eux.

Dans cet exemple, tous les capteurs à effet Hall 24, 26, 28 (y compris le capteur à effet Hall unique) sont même réalisés de manière à détecter des signaux de mesure B_Mny, B_Mnzdans au moins deux sens spatiaux perpendiculaires entre eux, appelés ici sens y et z. Le sens y coïncide ici avec le sens de l'axe de déplacement A_y, tandis que le sens z est perpendiculaire à la surface du capteur à effet Hall 24.

Les éventuels signaux de mesure d'un capteur partiel qui détecte le sens x perpendiculaire aux sens y et z ne sont pas pris en compte ici.

Chacun des capteurs Hall 24, 26, 28 fournit un signal de mesure B_ny, B_nzévaluable pour chaque sens spatial sélectionné, donc ici les sens y et z. Le procédé peut également être appliqué à d'autres sens spatiaux perpendiculaires entre eux.

Dans le cas de capteurs à effet Hall 24, 26, 28 qui mesurent un mouvement dans trois sens spatiaux x, y, z perpendiculaires entre eux, un mouvement axial d'un aimant à polarisation axiale résulte, avec un tel agencement, en un signal de mesure B_Mnypour le sens de mouvement A_yainsi qu'en un signal de mesure B_Mnzpour le sens z de l'aimant vers le capteur à effet Hall 24, 26, 28. En raison de l'allure des lignes de champ magnétique, aucun signal de mesure n'est mesuré pour le sens x ou seulement un signal très faible.

Une structure de fixation 32 sur laquelle la platine 30 est montée de manière solidaire est formée à l'intérieur de la tête de commande 14.

La position du poussoir de soupape 16 et des capteurs à effet Hall 24, 26, 28 à l'intérieur de la tête de commande 14 est prédéterminée par la structure de fixation 32 et le passage 18, et donc également les positions relatives du générateur de signaux 22 par rapport aux capteurs à effet Hall 24, 26, 28.

Le générateur de signaux 22 est ici un aimant permanent à polarisation axiale présentant exactement un pôle nord et un pôle sud.

Le dispositif de détection de position 12 comprend en outre une unité de commande 34 (voir ) qui est reliée aux capteurs Hall 24, 26, 28 de manière à transmettre des signaux et qui est également agencée ici sur la platine 30. L'unité de commande 34 pourrait également être agencée à un autre endroit du système de mesure de déplacement 10 ou à l'extérieur de celui-ci et être reliée de manière appropriée aux capteurs à effet Hall 24, 26, 28.

Lorsque le poussoir de soupape 16 est déplacé le long de l'axe de déplacement A_y, le générateur de signaux 22 se déplace d'une valeur proportionnelle au déplacement de l'élément de soupape 20.

Comme le générateur de signaux 22 se déplace par rapport aux capteurs à effet Hall 24, 26, 28, le signal de mesure B_Mny, B_Mnzgénéré par les capteurs à effet Hall 24 varie.

Pour convertir les signaux de mesure B_Mny, B_Mnzdes différents capteurs à effet Hall 24, 26, 28 en une position univoque du générateur de signaux 22 sur l'axe de déplacement A_y, l'unité de commande 34 stocke un modèle B(B_ny, B_nz) du dispositif de détection de position 12 qui comprend un ensemble de données de position et d’intensité B_ny, B_nzqui établissent une relation entre des positions prédéterminées p_idans une zone de mesure totale 36 et des signaux de mesure B_Mny, B_Mnzfournis par les capteurs à effet Hall 24, 26, 28 (voir la ).

Les données de position et d’intensité B_ny, B_nzcomprennent ici des courbes caractéristiques des capteurs à effet Hall 24, 26, 28 pour différents paramètres, par exemple différentes températures ambiantes ou différents moments de vieillissement des capteurs à effet Hall 24, 26, 28 et du générateur de signaux 22.

Dans l'exemple illustré à la , B_1y, B_1zdésignent les courbes caractéristiques du capteur à effet Hall 24 dans les sens y et z, B_2y, B_2zles courbes caractéristiques du capteur à effet Hall 26 dans les sens y et z, et B_3y, B_3zles courbes caractéristiques du capteur à effet Hall 28 dans les sens y et z, respectivement pour des paramètres différents identiques.

La représente les courbes caractéristiques des capteurs Hall 24, 26, 28 à partir des données de position et d’intensité B_ny, B_nzsélectionnées pour les autres paramètres respectivement applicables. Chaque courbe caractéristique est présente pour l'ensemble de la zone de mesure 36 du capteur à effet Hall 24, 26, 28 respectif.

Les courbes caractéristiques des capteurs à effet Hall 24, 26, 28 sont saisies sur toute leur zone de mesure 36, donc également dans le champ lointain. De cette manière, il est par exemple possible de réaliser une distance de mesure totale effectif de 100 mm avec seulement trois capteurs à effet Hall disponibles dans le commerce.

L'ensemble des données de position et d’intensité B_ny, B_nzpeut être déterminé de n'importe quelle manière.

Une option consiste à déplacer le générateur de signaux 22 le long de l'ensemble de la distance de mesure et à saisir, pour une multitude de positions connues p_idu générateur de signaux 22, les valeurs de mesure actuelles B_Mny, B_Mnzainsi que les autres paramètres pertinents et à les enregistrer respectivement sous forme de courbes caractéristiques.

Une autre option consiste à établir une relation analytique pour les courbes caractéristiques respectives, le cas échéant à l'aide de courbes d'ajustement et/ou de formules empiriques, et à calculer les courbes caractéristiques respectives.

Une combinaison des deux méthodes est également possible. Par exemple, pour un type de système de mesure de déplacement 10, les courbes caractéristiques de base peuvent être déterminées en parcourant la distance avec le générateur de signaux 22, tandis que d'autres paramètres, tels que la température ambiante et les phénomènes de vieillissement, sont intégrés dans les courbes caractéristiques par des facteurs de correction déterminés de manière analytique ou empirique.

Lorsque les données de position et d’intensité B_ny, B_nzsont déterminées pour tous les capteurs à effet Hall 24, 26, 28, l'ensemble des données de position et d’intensité B_ny, B_nzest mis à disposition. Dans le cas où les données de position et d’intensité B_ny, B_nzont été générées sur le système de mesure de déplacement 10 lui-même, elles sont stockées dans l'unité de commande 34.

Dans le cas où les données de position et d’intensité B_ny, B_nzont été déterminées dans un dispositif externe (non représenté), l'ensemble des données de position et d’intensité B_ny, B_nzest transmis et stocké dans son intégralité dans l'unité de commande 34.

Ces options sont résumées à la .

Dans l'unité de commande 34, les données de position et d’intensité B_ny, B_nzsont par exemple stockées sous forme de matrice B qui contient une valeur pour chacun des points p_iprédéfinis pour chaque capteur à effet Hall 24, 26, 28 et chaque sens de mesure y, z ainsi que, le cas échéant, pour d'autres paramètres.

Les autres paramètres considérés peuvent par exemple également être stockés en tant que valeurs de correction, notamment lorsque l'adaptation peut être réalisée par une simple opération de calcul.

Il est par exemple également possible de mémoriser une pluralité de matrices, chacune étant créée pour des valeurs spécifiques des différents paramètres.

Pour déterminer une position actuelle p du générateur de signaux 22 en cours de fonctionnement, les signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnzde tous les capteurs à effet Hall 24, 26, 28 sont enregistrés pour tous les sens de mesure y, z. En outre, des données relatives aux autres paramètres, par exemple la température ambiante, sont saisies ou, par exemple pour les états de vieillissement, sont lues à partir de données stockées dans l'unité de commande 34.

Les signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnzpour la position actuelle p sont ici regroupés en un vecteur de mesure (voir également la ).

La position p est déterminée à partir des données de position et d’intensité B_ny, B_nzpour les signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnz(voir également la ).

Ceci est effectué exclusivement en utilisant les données de position et d’intensité B_ny, B_nzainsi que les signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnzsans autre opération de calcul avec les signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnz, par exemple par une comparaison appropriée des signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnzavec les données de position et d’intensité B_ny, B_nz.

Comme le montre la , les signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnzse trouvent approximativement sur les courbes caractéristiques des données de position et d’intensité B_ny, B_nzpour l'une des positions p_i. Pour toutes les autres positions p_i, un écart d_ny(p_i), d_nz(p_i) plus ou moins important est obtenu. En considérant ces écarts d_ny(p_i), d_nz(p_i), il est possible de déterminer la position p_i"la mieux adaptée" à partir des données de position et d’intensité B_ny, B_nz. Cette position p_icorrespond alors, avec une bonne approximation, à la position actuelle p du générateur de signaux 22.

Pour déterminer la position p, on utilise par exemple une classification ou une régression des plus proches voisins, telle qu'elle est esquissée à la .

Cette méthode consiste à déterminer, pour chaque position p_iprédéterminée, une distance d_ientre le signal de mesure actuel respectif B_Mny, B_Mnzet les courbes caractéristiques de l'ensemble de données de position et d’intensité B_ny, B_nzapplicables aux paramètres saisis ou sélectionnés.

Dans la matrice B, toutes les valeurs des courbes caractéristiques sélectionnées des données de position et d’intensité B_ny, B_nzcorrespondant à une position donnée p_isont par exemple regroupées dans une colonne. Les distances d_ipeuvent par exemple être déterminées de manière connue par le biais de la distance euclidienne, en formant la valeur de la différence entre chaque colonne de la matrice B et le vecteur de mesure .

Les distances d_iainsi que la position p_icorrespondante sont enregistrées dans une liste. Cette liste est triée par ordre croissant en fonction de la taille des distances di.

La position p_iprésentant la plus petite distance d_ipeut être considérée comme la position actuelle p, ou bien il est possible de calculer la moyenne, par exemple sur les positions p_i, des k plus petites distances d_i, qui sont alors considérées comme la position actuelle p. Dans ce cas, un choix de k=1 s'est par exemple avéré approprié lorsque de très nombreuses positions p_isont prévues, k=3 lorsque les données de mesure utilisées pour déterminer les données de position et d’intensité B_ny, B_nzsont bruyantes ou faibles, et k=2 dans la plupart des autres cas.

Cet algorithme peut encore être optimisé, par exemple en réduisant la plage des données entrant en ligne de compte. On utilise ici un arbre de décision basé sur des comparaisons simples, qui exploite la forme caractéristique des courbes caractéristiques. Le centre de la zone à examiner peut par exemple être défini par une valeur seuil d'un ou de deux signaux de mesure B_Mny, B_Mnz. Le nombre de niveaux ou de branches de l'arbre de décision dépend ici des conditions concrètes de l'application.

Une autre optimisation consiste à réduire les données de position et d’intensité par un procédé de sous-échantillonnage. La résolution de mesure ainsi réduite est compensée par une pondération de la moyenne sur les positions p_iavec les distances d_i(kNN pondéré). En d'autres termes, la précision de la position prédite est améliorée par un calcul de la moyenne sur les positions prédites les plus probables pondérées par leurs probabilités.

Ceci est particulièrement avantageux lorsque le procédé doit être mis en œuvre sur le microcontrôleur, en particulier sur un microcontrôleur à mémoire limitée, qui est par exemple déjà intégré dans le système de mesure de déplacement, c'est-à-dire un microcontrôleur qui n'a pas les performances d'un dispositif de commande externe. Ce microcontrôleur se trouve de préférence sur le circuit imprimé sur lequel se trouvent également le ou les capteurs à effet Hall.

La comparaison des signaux de mesure actuels B_Mny, B_Mnzavec les données de position et d’intensité B_ny, B_nzpeut bien entendu être effectuée de toute manière appropriée. Au lieu d'utiliser la classification ou la régression des plus proches voisins décrite ci-dessus, il serait par exemple possible d’utiliser une classification ou une régression du type forêt aléatoire.

Claims (13)

1. Procédé de détection d'une position d'un générateur de signaux (22) dans un système de mesure de déplacement (10) qui comprend un dispositif de détection de position (12) présentant un capteur à effet Hall (24, 26, 28) ou au moins deux capteurs à effet Hall (24, 26, 28), ledit capteur à effet Hall, lorsqu’un seul capteur à effet Hall (24, 26, 28) est prévu, détectant deux signaux de mesure (B_Mny, B_Mnz) dans un sens de mesure (y, z) respectif, ou une pluralité de capteurs à effet Hall détectant chacun un signal de mesure (B_Mny, B_Mnz) dans au moins un sens de mesure (y, z) lorsque le générateur de signaux (22) se déplace par rapport audit un ou auxdits capteurs à effet Hall (24, 26, 28), comprenant les étapes suivantes :
   - fournir un ensemble de données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) pour une pluralité de positions prédéterminées (p_i) à l'intérieur d'une zone de mesure (36) dudit capteur à effet Hall (24, 26, 28) ou de chacun des capteurs à effet Hall (24, 26, 28) dans chaque sens de mesure (y, z),
   - mesurer un signal de mesure actuel (B_Mny, B_Mnz) pour chaque sens de mesure (y, z) au niveau dudit capteur à effet Hall (24, 26, 28) ou de chacun des capteurs à effet Hall (24, 26, 28) pour une position actuelle (p) du générateur de signaux (22), et
   - déterminer la position actuelle (p) du générateur de signaux (22) à partir des données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) et de tous les signaux de mesure actuels (B_Mny, B_Mnz).
2. Procédé selon la revendication 1, les données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) comprenant des paramètres supplémentaires, notamment des données de température et/ou de vieillissement.
3. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le fournissement des données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) comprenant le déplacement du générateur de signaux (22) le long de la zone de mesure du capteur à effet Hall (24) respectif selon une trajectoire prédéterminée, et l'enregistrement du signal mesuré et de la position (p_i) associée.
4. Procédé selon l'une des revendications précédentes, le fournissement des données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) comprenant le calcul des données de position et d’intensité (B_ny, B_nz).
5. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la détermination de la position actuelle du générateur de signaux (22) étant réalisée selon une classification ou une régression selon les plus proches voisins ou une classification ou une régression de type forêt aléatoire.
6. Procédé selon l'une des revendications précédentes, l'ensemble de données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) étant créé à l'extérieur du système de mesure de déplacement (10) et étant transmis à une unité de commande (34) du système de mesure de déplacement (10) et étant stocké dans celle-ci.
7. Procédé selon l'une des revendications précédentes, la quantité des données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) obtenues étant réduite par un procédé de sous-échantillonnage, et la précision de la position prédite étant améliorée par un calcul de moyenne sur les positions les plus probables prédites pondérées par leurs probabilités.
8. Procédé selon l'une des revendications précédentes, une mesure étant réalisée dans différents sens de mesure en utilisant un seul capteur à effet Hall pour produire les différents signaux de mesure.
9. Procédé selon l'une des revendications précédentes, celui-ci étant mis en œuvre sur un microcontrôleur agencé sur une carte de circuit imprimé sur laquelle est également monté au moins un capteur à effet Hall.
10. Système de mesure de déplacement présentant un dispositif de détection de position (12) qui comprend au moins un capteur à effet Hall (24, 26, 28), et un générateur de signaux (22), le capteur à effet Hall (24, 26, 28), lorsqu’un seul capteur à effet Hall (24, 26, 28) est prévu,détectant des signaux de mesure (B_Mny, B_Mnz) dans deux sens de mesure (y, z), ou, lorsqu'il est prévu une pluralité de capteurs à effet Hall (24, 26, 28), chaque capteur à effet Hall détectant respectivement un signal de mesure (B_Mny, B_Mnz) dans au moins un sens de mesure (y, z) respectif, dans le cas d’une pluralité de capteurs à effet Hall (24, 26, 28), les capteurs à effet Hall (24, 26, 28) étant agencés les uns derrière les autres le long d'une trajectoire de déplacement (A_y) du générateur de signaux (22), et une unité de commande (34) pour la mise en œuvre d'un procédé selon l'une des revendications précédentes, les données de position et d’intensité (B_ny, B_nz) pour le système de mesure de déplacement (10) étant stockées dans l'unité de commande (34).
11. Système de mesure de déplacement selon la revendication 10, ledit au moins un capteur à effet Hall (24, 26, 28) étant structuré de manière à comprendre au moins deux capteurs partiels qui détectent des composantes de champ magnétique dans un premier sens de mesure (y) et dans un deuxième sens de mesure (z) orthogonal à celui-ci, et qui fournissent chacun des signaux de mesure (B_ny, B_nz).
12. Système de mesure de déplacement selon l'une des revendications 10 et 11, le système de mesure de déplacement (10) étant agencé dans un entraînement d'une soupape (11), et une position de la soupape étant déterminée.
13. Système de mesure de déplacement selon la revendication 12, le générateur de signaux (22) étant un aimant à polarisation axiale qui est agencé sur un poussoir de soupape (16) mobile linéairement le long d'une trajectoire de déplacement (A_y), de sorte que ses pôles se trouvent dans la trajectoire de déplacement (A_y), la trajectoire de déplacement (A_y) étant parallèle à l'un des sens de mesure (y, z).