WO1996009555A1 - Tachymetre magneto-optique - Google Patents

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WO1996009555A1
WO1996009555A1 PCT/FR1995/001221 FR9501221W WO9609555A1 WO 1996009555 A1 WO1996009555 A1 WO 1996009555A1 FR 9501221 W FR9501221 W FR 9501221W WO 9609555 A1 WO9609555 A1 WO 9609555A1
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light radiation
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Jean-Marc Breda
Philippe Roberge
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Sextant Avionique
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    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
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    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/09—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on magneto-optical elements, e.g. exhibiting Faraday effect

Definitions

  • the present invention relates to a magneto-optical tachometer. It is known practice to use magneto-optical tachometric sensors, in particular for measuring the speed of rotation of a shaft to which a toothed wheel is coupled. Such sensors generally comprise a source of light radiation, means for polarizing said radiation, a crystal of magneto-optical material arranged to be traversed by said polarized radiation, and a magnetic circuit arranged to create in said crystal a magnetic field modulated at a frequency proportional to the speed to be measured.
  • the toothed wheel being included in the magnetic circuit, the passage of its teeth in front of the crystal modifies the magnetic field created in the latter. This results, by Faraday effect, in a rotation of the plane of polarization of light by an angle ⁇ as a function of the magnetic field 5.
  • the angle ⁇ depending on the magnetic field B the light intensity at the output of the sensor is modulated at a frequency proportional to the speed of rotation of the toothed wheel.
  • a KB cos ⁇
  • K is a constant depending on the magneto-optical material used
  • ⁇ is the angle formed between the magnetic field and the direction of propagation of light radiation.
  • the present invention aims to overcome these drawbacks.
  • the subject of the invention is a magneto-optical tachometer, comprising a source of light radiation, means for polarizing said radiation, a crystal of magneto-optical material arranged to be crossed by said polarized radiation, and a magnetic circuit. arranged to create in said crystal a magnetic field modulated at a frequency proportional to the speed to be measured, characterized in that said magnetic circuit is arranged so that said magnetic field has a component perpendicular to the direction of propagation of light radiation in said crystal.
  • said magnetic circuit comprises a toothed wheel driven at a speed of rotation proportional to the speed to be measured and is arranged so that, in the absence of said toothed wheel, it would produce a rotation the polarization of said light radiation by an average angle of between approximately 35 ° and approximately 55 e , and in particular of the order of 45 °.
  • the modulation of the magnetic field B essentially amounts to making it oscillate on either side of its mean position, this results in large variations in the component B x responsible for the modulation of the light intensity, in the extent to which the field makes a suitable angle with the direction of propagation of the light radiation in the magneto-optical crystal. Large polarization rotation angles are then obtained around the average value of 45 °.
  • the tachometer according to the invention thus has two advantages.
  • the device operates around a rotation due to the Faraday effect, making it possible to obtain the greatest possible variations in light intensity for the same variation in magnetic field.
  • said magnetic circuit can comprise a plurality of permanent magnets offset from one another in the direction of propagation of said light radiation.
  • FIG. 1 schematically illustrates, in axial view, a tachometer according to the invention
  • This tachometer comprises, in known manner, a toothed wheel mounted on a shaft of which the speed of rotation wishes to measure. We can see in the figure one of the teeth 1 of this wheel, arranged opposite the body 2 of the sensor according to the invention.
  • a collimating lens 3 with an index gradient is arranged in front of the end of an optical fiber 3 ′, arranged to bring light radiation coming from a laser diode to the sensor.
  • a polarizer 4 Following the lens 3, there are successively a polarizer 4, a blade 5 made of magneto-optical material, for example of the bismuth-iron garnet type, and a reflecting layer 6.
  • the assembly is arranged in such a way that the light reflected by the layer 6 is transmitted to the optical fiber 3 '. It is also possible to arrange the blade 5 between two collimating lenses 3a and 3b as shown in FIG. 2, so as to prevent the light from passing through the blade 5 again in the same place.
  • the magnetic field in the blade 5 is created using two permanent magnets 7 and 8 cylindrical in samarium-cobalt alloy. These two magnets are arranged in the body 2 on either side of the optical axis 9, oriented in the directions F1 and F2 respectively of incident and reflected light radiation.
  • the magnets 7 and 8 are offset axially with respect to each other, that is to say that they are not at the same level along the optical axis 9.
  • the magnetic field B in crystal 5 has a transverse component B y perpendicular to the axis 9.
  • the geometric and magnetic characteristics of the magnets 7 and 8 are calculated so that the magnetic field B forms an angle l'axe equal to 80 with the axis 9 ° when, as is the case in the figure, a tooth of the toothed wheel is aligned with the axis 9, and equal to 70 ° when a hollow of the wheel is aligned with the axis. It is shown that it is thus possible to obtain variations of the axial magnetic field B x of the order of ⁇ 50% of its mean value.
  • the invention therefore makes it possible to obtain much greater modulations of the light intensity than in the prior art, and therefore tachometers in which the processing of the signal is greatly simplified.

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Abstract

Tachymètre magnéto-optique, comprenant une source de rayonnement lumineux (3'), des moyens (4) pour polariser ledit rayonnement, un cristal (5) en matériau magnéto-optique disposé pour être traversé par ledit rayonnement polarisé, et un circuit magnétique (7, 8) agencé pour créer dans ledit cristal un champ magnétique (B) modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse à mesurer. Ledit circuit magnétique est agencé de sorte que ledit champ magnétique possède une composante (By) perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement lumineux dans ledit cristal.

Description

TACHYMETRE MAGNETO-OPTIQUE
La présente invention concerne un tachymètre magnéto-optique. II est connu d'utiliser des capteurs tachymétriques magnéto-optiques, notamment pour la mesure de la vitesse de rotation d'un arbre auquel est accouplée une roue dentée. De tels capteurs comprennent, d'une manière générale, une source de rayonnement lumineux, des moyens pour polariser ledit rayonnement, un cristal en matériau magnéto-optique disposé pour être traversé par ledit rayonnement polarisé, et un circuit magnétique agencé pour créer dans ledit cristal un champ magnétique modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse à mesurer.
La roue dentée étant incluse dans le circuit magnétique, le passage de ses dents devant le cristal modifie le champ magnétique créé dans ce dernier. Il en résulte, par effet Faraday, une rotation du plan de polarisation de la lumière d'un angle α fonction du champ magnétique 5. Dans le cas où, après traversée du cristal, la lumière est réfléchie pour le traverser de nouveau, son plan de polarisation a tourné de 2α. Après une deuxième traversée du polariseur, l'intensité lumineuse à la sortie a donc pour valeur: / = — A, -cos" , (2α)
2 où 70 est l'intensité lumineuse provenant de la source.
L'angle α dépendant du champ magnétique B , l'intensité lumineuse à la sortie du capteur est modulée à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de la roue dentée. On peut montrer que l'angle α ne dépend que de la composante Bx du champ magnétique parallèle à la direction de propagation de la lumière: a = K.B. cosθ où K est une constante dépendant du matériau magnéto-optique utilisé et θ est l'angle formé entre le champ magnétique et la direction de propagation du rayonnement lumineux.
De ce fait, la plupart des systèmes tachymétriques magnéto-optiques adoptent des solutions permettant d'obtenir des champs magnétiques axiaux les plus grands possibles. Mais il en résulte essentiellement deux inconvénients. Tout d'abord, les passages des dents de la roue dentée ne peuvent entraîner que des perturbations faibles du champ magnétique. La modulation de l'intensité lumineuse qui en résulte est donc difficile à détecter. Par ailleurs, le champ magnétique utilisable a une valeur limitée au champ magnétique à saturation du matériau utilisé.
La présente invention vise à pallier ces inconvénients.
A cet effet, l'invention a pour objet un tachymètre magnéto-optique, comprenant une source de rayonnement lumineux, des moyens pour polariser ledit rayonnement, un cristal en matériau magnéto-optique disposé pour être traversé par ledit rayonnement polarisé, et un circuit magnétique agencé pour créer dans ledit cristal un champ magnétique modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse à mesurer, caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique est agencé de sorte que ledit champ magnétique possède une composante perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement lumineux dans ledit cristal.
Dans un mode de réalisation préféré de l'invention, ledit circuit magnétique comprend une roue dentée entraînée à une vitesse de rotation proportionnelle à la vitesse à mesurer et est agencé de sorte que, en l'absence de ladite roue dentée, il produirait une rotation de la polarisation dudit rayonnement lumineux d'un angle moyen compris entre environ 35° et environ 55e, et notamment de l'ordre de 45°.
Ainsi, la modulation du champ magnétique B revenant pour l'essentiel à le faire osciller de part et d'autre de sa position moyenne, il en résulte de fortes variations de la composante Bx responsable de la modulation de l'intensité lumineuse, dans la mesure où le champ fait un angle convenable avec la direction de propagation du rayonnement lumineux dans le cristal magnéto-optique. On obtient alors des angles de rotation de polarisation importants autour de la valeur moyenne de 45°. Le tachymètre selon l'invention présente ainsi deux avantages.
Tout d'abord, le dispositif fonctionne autour d'une rotation due à l'effet Faraday permettant d'obtenir les variations d'intensité lumineuse les plus importantes possibles pour une même variation de champ magnétique.
Par ailleurs, on peut utiliser des champs magnétiques puissants donnant de fortes variations de leur composante axiale, permettant d'obtenir de fortes variations de l'angle de polarisation. Dans un mode de réalisation particulier de l'invention, lequel ledit champ magnétique fait, avec la direction de propagation du rayonnement lumineux, un angle moyen compris entre environ 65° et environ 85°, et notamment de l'ordre de 75°. Plus particulièrement, ledit circuit magnétique peut comprendre une pluralité d'aimants permanents décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de propagation dudit rayonnement lumineux.
On décrira maintenant, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation particulier de l'invention, en référence au dessin annexé dans lequel :
- la figure 1 illustre schématiquement, en vue axiale, un tachymètre selon l'invention, et
- la figure 2 illustre une variante de réalisation.
Ce tachymètre comprend de façon connue une roue dentée montée sur un arbre dont souhaite mesurer la vitesse de rotation. On voit sur la figure une des dents 1 de cette roue, disposé en vis-à-vis du corps 2 du capteur selon l'invention.
A l'intérieur de ce corps 2, une lentille de collimation 3 à gradient d'indice est disposée devant l'extrémité d'une fibre optique 3', agencée pour amener au capteur un rayonnement lumineux provenant d'une diode laser. A la suite de la lentille 3, se trouvent successivement un polariseur 4, une lame 5 en matériau magnéto-optique, par exemple de type grenat bismuth- fer, et une couche réfléchissante 6. L'ensemble est agencé de telle façon que la lumière réfléchie par la couche 6 soit transmise à la fibre optique 3'. On peut également disposer la lame 5 entre deux lentilles de collimation 3a et 3b comme montré à la figure 2, de façon à éviter que la lumière retraverse la lame 5 au même endroit.
Le champ magnétique dans la lame 5 est créé à l'aide de deux aimants permanents 7 et 8 cylindriques en alliage de samarium-cobalt. Ces deux aimants sont disposés dans le corps 2 de part et d'autre de l'axe optique 9, orienté selon les directions F1 et F2 respectivement des rayonnements lumineux incident et réfléchi. Les aimants 7 et 8 sont décalés axialement l'un par rapport à l'autre, c'est-à-dire qu'ils ne sont pas au même niveau le long de l'axe optique 9. Il en résulte que le champ magnétique B dans le cristal 5 possède une composante transverse By perpendiculaire à l'axe 9. Les caractéristiques géométriques et magnétiques des aimants 7 et 8 sont calculées de telle sorte que le champ magnétique B fasse avec l'axe 9 un angle θ égal à 80° lorsque, comme c'est le cas sur la figure, une dent de la roue dentée se trouve alignée avec l'axe 9, et égal à 70° lorsqu'un creux de la roue se trouve aligné avec l'axe. On démontre que l'on peut ainsi obtenir des variations du champ magnétique axial Bx de l'ordre de ±50% de sa valeur moyenne.
Il en résulte, dans la lame 5 de matériau magnéto-optique, une rotation du plan de polarisation de la lumière réfléchie fonction de la longueur d'onde, mais de l'ordre de 45°, donnant finalement une modulation d'intensité lumineuse qui est aussi de l'ordre de ±50% de sa valeur moyenne.
L'invention permet donc d'obtenir de beaucoup plus fortes modulations de l'intensité lumineuse que dans l'art antérieur, et donc des tachymètres dans lesquels le traitement du signal se trouve grandement simplifié.

Claims

REVENDICATIONS
1- Tachymètre magnéto-optique, comprenant une source de rayonnement lumineux (3'), des moyens (4) pour polariser ledit rayonnement, un cristal (5) en matériau magnéto-optique disposé pour être traversé par ledit rayonnement polarisé, et un circuit magnétique (7,8) agencé pour créer dans ledit cristal un champ magnétique (B) modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse à mesurer, caractérisé par le fait que ledit circuit magnétique est agencé de sorte que ledit champ magnétique possède une composante (Bv) perpendiculaire à la direction de propagation du rayonnement lumineux dans ledit cristal.
2- Tachymètre magnéto-optique selon la revendication 1 , dans lequel ledit circuit magnétique comprend une roue dentée (1) entraînée à une vitesse de rotation proportionnelle à la vitesse à mesurer et est agencé de sorte que, en l'absence de ladite roue dentée, il produirait une rotation de la polarisation dudit rayonnement lumineux d'un angle moyen compris entre environ 35° et environ 55°, et notamment de l'ordre de l'ordre de 45°.
3- Tachymètre magnéto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel ledit champ magnétique est incliné, par rapport à la direction de propagation du rayonnement lumineux, d'un angle moyen compris entre environ 65° et environ 85°, et notamment de l'ordre de 75°.
4- Tachymètre magnéto-optique selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel ledit circuit magnétique comprend une pluralité d'aimants permanents (7,8) décalés les uns par rapport aux autres dans la direction de propagation dudit rayonnement lumineux.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0896239A2 (fr) * 1997-08-08 1999-02-10 Teijin Seiki Company Limited Système de modulation magnéto-optique

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2368830A1 (fr) * 1976-10-22 1978-05-19 Bosch Gmbh Robert Dispositif pour l'emission d'un signal electrique fonction d'un angle avec une piece conductrice magnetique
DE3639908C1 (en) * 1986-11-22 1987-10-15 Daimler Benz Ag Device for indirectly electrically measuring a mechanical quantity on a moving object to be sensed
WO1989006364A2 (fr) * 1987-12-28 1989-07-13 Allied-Signal Inc. Commutateur optique et capteur de vitesse
US4947035A (en) * 1988-08-08 1990-08-07 Cornell Research Foundation, Inc. Fiber optic transducer using faraday effect
US5038102A (en) * 1988-12-27 1991-08-06 Amespace, Inc. Speed sensor utilizing magneto-optics switch actuated by magnetic field rotation

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2368830A1 (fr) * 1976-10-22 1978-05-19 Bosch Gmbh Robert Dispositif pour l'emission d'un signal electrique fonction d'un angle avec une piece conductrice magnetique
DE3639908C1 (en) * 1986-11-22 1987-10-15 Daimler Benz Ag Device for indirectly electrically measuring a mechanical quantity on a moving object to be sensed
WO1989006364A2 (fr) * 1987-12-28 1989-07-13 Allied-Signal Inc. Commutateur optique et capteur de vitesse
US4947035A (en) * 1988-08-08 1990-08-07 Cornell Research Foundation, Inc. Fiber optic transducer using faraday effect
US5038102A (en) * 1988-12-27 1991-08-06 Amespace, Inc. Speed sensor utilizing magneto-optics switch actuated by magnetic field rotation

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0896239A2 (fr) * 1997-08-08 1999-02-10 Teijin Seiki Company Limited Système de modulation magnéto-optique
EP0896239A3 (fr) * 1997-08-08 1999-12-29 Teijin Seiki Company Limited Système de modulation magnéto-optique
US6072174A (en) * 1997-08-08 2000-06-06 Teijin Seiki Co., Ltd. Magneto-optically modulating system for monitoring relative relationship between an object and a magneto-optic effect element

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