WO2004020953A1 - Systeme et procede de mesure par voie capacitive - Google Patents

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WO2004020953A1
WO2004020953A1 PCT/FR2003/002587 FR0302587W WO2004020953A1 WO 2004020953 A1 WO2004020953 A1 WO 2004020953A1 FR 0302587 W FR0302587 W FR 0302587W WO 2004020953 A1 WO2004020953 A1 WO 2004020953A1
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receiving
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electrode
capacitance
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PCT/FR2003/002587
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Inventor
Didier Roziere
Original Assignee
Nanotec Solution
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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
    • G01D5/12—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means
    • G01D5/14—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage
    • G01D5/24—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance
    • G01D5/241—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable using electric or magnetic means influencing the magnitude of a current or voltage by varying capacitance by relative movement of capacitor electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a contactless measurement system of a displacement or a relative positioning of two adjacent objects, by capacitive channel. It also relates to the contactless measurement method implemented in this system, as well as the application of this system to the control of mirrors, in particular segmented mirrors.
  • the main but nonlimiting field of application of the present invention is that of giant segmented mirror telescopes in which it is necessary to control the tip, tilt and piston devices of segmented mirrors with high resolution, as well as the overall radius of curvature of the mirror designated as GROC.
  • GROC Global System
  • CA-CB type of calculation
  • CA + CB capacitances constituted by two emitting electrodes and two receiving electrodes in a situation of relative misalignment.
  • the object of the present invention is to provide a contactless measurement system by capacitive channel, which has better performance in measurement accuracy than current capacitive measurement systems, while allowing a reduction in production costs.
  • This objective is achieved with a contactless measurement system of a relative displacement or a relative position of a first object relative to a second object, comprising:
  • a sensor module comprising a transmitting plate fixed to said first object and a receiving plate linked to said second object, said first and second transmitting and receiving plates being arranged substantially opposite and provided with respectively transmitting and receiving electrodes,
  • the emitting and receiving electrodes are arranged to constitute a first capacitance varying as a function of the distance separating the respectively emitting and receiving plates and a second capacitance varying as a function of the relative misalignment of said plates, and the processing means are arranged to carry out, from the measurement signals taken, an analog calculation (i) of a first signal representative of the inverse of said first capacitance and (ii) of a second signal representative of the ratio of the second capacitance to said first capacitance.
  • the contactless measurement system it is thus possible to simultaneously deliver both information representative of the relative spacing of two objects, for example segmented mirrors, and information representative of the misalignment of these two objects, with very high precision made possible by analog calculation on capacitive measurement signals.
  • the analog computer is preferably made with one or more modulators.
  • the emitting electrodes comprise at least a first emitting electrode (T1) with a first polarity, a second emitting electrode (TA) with said first polarity and a transmitting electrode (TB) with a second polarity opposite to said first polarity
  • the receiving electrodes comprise at least a first receiving electrode (R1) substantially opposite to said first transmitting electrode (T1) and a second receiving electrode (R ( AB)) substantially opposite a part of said second emitting electrode (TA) and a part of said emitting electrode (TB) of reverse polarity.
  • the emitting electrodes can for example comprise two first emitting electrodes (T1, T2) with the first polarity having substantially the same first geometric shape, and in that the receiving electrodes comprise two first receiving electrodes (R1,
  • R2 having the first geometric shape and arranged within the receiving plate to be opposite respectively of said first emitting electrodes when said emitting and receiving plates are in alignment.
  • the second emitting electrode (TA) and the emitting electrode of reverse polarity (TB) have the same second geometric shape, for example rectangular, and are arranged parallel in close proximity to one another.
  • the second receiving electrode (R (AB)) is preferably arranged within the receiving plate so that the projection of said second receiving electrode on the transmitting plate is included in a perimeter including the contours of the second transmitting electrode (TA) and the reverse polarity (TB) receiving electrode.
  • the first two emitting electrodes (T1, T2) and the second emitting electrode (TA) can be electrically connected and excited by the same excitation signal modulated at high frequency, and the first two receiving electrodes (R1, R2) are electrically connected .
  • C1 and C2 are the capacitances constituted respectively by the first emitting electrodes (T1, T2) and the first receiving electrodes (R1, R2), and means for performing analog calculation:
  • the differential measurement CA-CB can be carried out either with a bi-electrode transmitter and a mono-electrode receiver, or with a mono-electrode transmitter and a bi-electrode receiver.
  • the capacitances C1 and C2 make it possible to avoid the use of two charge amplifiers which would considerably degrade the thermal drift of the electronics.
  • the processing means preferably comprise a preamplifier stage (20) for preamplifying the measurement signals taken respectively from the second receiving electrode (R (AB)) and from the first two receiving electrodes (R1, R2) electrically connected, upstream analog computing means (21).
  • R (AB) second receiving electrode
  • R1, R2 first two receiving electrodes
  • a method for contactless measurement of a relative displacement or of a relative position of a first object with respect to a second object implemented in the system according to the invention.
  • invention comprising: - an application of high frequency excitation signals on emitting electrodes arranged on a transmitting plate fixed on said first object, - a sampling of measurement signals modulated at high frequency on receiving electrodes arranged on a plate receiver attached to said second object, at least a portion of said respectively emitting and receiving electrodes being substantially opposite when the respectively emitting and receiving plates are substantially aligned,
  • this processing comprises an analog calculation (i) of a first signal representative of the inverse of a first capacitance and (ii) of a second signal representative of the ratio of a second capacitance to said first capacitance, said first capacitance being constituted by at least one of said emitting electrodes and at least one of said electrodes receptors so as to vary as a function of the distance separating the respectively transmitting and receiving plates and said second capacitance being constituted by at least one of said transmitting electrodes and at least one other of said receiving electrodes so as to vary as a function of the relative misalignment of said plates .
  • FIG. 3 schematically illustrates a first embodiment of the internal structure of a measurement system according to the invention
  • FIG. 5 illustrates a second embodiment of a measurement system according to the invention.
  • This sensor module 1 disposed between two mirror segments M, M ', comprises a transmitting plate T fixed on a side wall 10 of the segment M and a receiving plate R fixed on a side wall 11 of the segment M ', these two respectively transmitting and receiving plates T, R being substantially opposite and parallel.
  • the emitting plate T comprises, on a flat support 12 of small thickness made of insulating material, two first and second emitting electrodes
  • the transmitting plate T further comprises a transmitting electrode of negative polarity TB of identical shape to that of the third transmitting electrode TA and arranged parallel thereto.
  • the receiving plate R comprises, on a flat support 14 of small thickness made of insulating material, two first and second electrodes R1, R2 receiving receptors of square shape, and a third receiving electrode R (AB) of rectangular shape arranged between the two first and second receiving electrodes R1, R2.
  • the surface of the supports 12, 14 not occupied by the aforementioned electrodes is metallized and constitutes for these electrodes an electrostatic guard.
  • the supports 12, 14 can be made of zerodur material, which makes it possible to obtain the required dimensional stability, and are covered with gold.
  • the supports can also be made of flexible material, such as polyimide, glued to the mirror. Bonding, with a thin resin, makes it possible to greatly reduce the coefficient of thermal expansion of the sensor and to improve the dimensional stability of the flexible material supporting the sensor, thanks to the low coefficient of thermal expansion of the mirror.
  • the flexible material can be produced with conventional flexible printed circuit.
  • a first capacitance C1 is then obtained, consisting of the first emitting electrode T1 and the first receiving electrode R1, a second capacitance C2 constituted by the second emitting electrode T2 and the second receiving electrode R2, and a subtractive capacitive device CA-CB constituted, on the one hand, by the third rectangular positive emitting electrode TA and the negative emitting electrode TB and, on the other hand, the third receiving electrode R (AB).
  • the sensor module 1 is connected by one or more shielded cables 15 to an electronic processing module 10 installed in a rack 100 in the standard 3U format which can contain several electronic processing modules and disposed within a container 101.
  • the shielded cable 15 is connected, on the one hand, to electrical conductors connected to the sensor module 1 by means of a first connector 16 and on the other hand, to the container 101 by means of a second connector 18 then the electronic equipment 10 to the by means of a third connector 17.
  • the rack 100 also includes a multi-channel acquisition module connected to the various electronic processing modules 10 and to an external link bus 103.
  • the arrangement of the sensor module 1 between two mirror segments allows a quality measurement because it is very close to the optical surfaces. Furthermore, due to the remote nature of the electronic processing modules, there is no heat dissipation in the vicinity of the mirror segments.
  • FIG. 3 a first embodiment of an electronic processing module 2 connected on the one hand to the sensor module 1 via the shielded cable 15 and on the other hand to a digital card of acquisition 3 provided with a microcontroller 30 and a clock 31.
  • the electronic processing module 2 comprises a first preamplification stage 20 including a first preamplifier 201 and a second ultra-low noise preamplifier 202 receiving as input respectively a signal taken from the receiving electrode R (AB) and a signal taken from the two receiving electrodes R1 and R2 connected in parallel.
  • This first pre-amplification step 20 is connected at output to an analog computer 21, the two output signals of which are applied at the input of two 16-bit analog / digital converters 24, 25 delivering digital data passing through to the microcontroller 30 via an internal bus. 300.
  • the electronic processing module 2 also comprises a high stability differential amplifier 22 designed to deliver an excitation signal from the three positive emitting electrodes T1, T2, TA and an excitation signal from the electrode. negative transmitter TB.
  • This differential amplifier 22 receives a reference signal delivered by a reference oscillator 23 driven by a clock signal generated by the clock circuit 31, and also delivers a modulation reference signal applied at the input of the analog computer 21 which also receives a offset control signal representing an analog coefficient ko delivered by a digital / analog converter connected to the digital bus 300.
  • the analog processing module 2 is electrically supplied by an electrical supply module 4 also provided for supplying the digital card 3.
  • the two excitation signals delivered by the differential amplifier 22 are transmitted respectively to all of the positive emitting electrodes T1, T2, TA and to the negative emitting electrode TB via respectively two wired links 154, 153 included in the shielded cable 15, while the two pre reception signals eves respectively on the differential receiving electrode R (AB) and on the two receiving electrodes RA, RB are transmitted at the input of the preamplification stage 20 via respectively two wired links 151, 152.
  • the first preamplifier 201 is designed to deliver a signal representative of the difference CA - CB, while the second preamplifier 202 is designed to deliver a signal representative of the sum C1 + C2. These two analog signals are applied to the input of the analog computer 21 which is arranged to generate two representative analog signals respectively.
  • FIG. 4 illustrates a practical example of embodiment of an electronic processing module 21 ′.
  • the low noise preamplifiers 201, 202 are produced according to a conventional structure from operational amplifiers.
  • the differential amplifier 22 comprises a transformer TR comprising a primary winding 221 connected to the output of an amplifier 220 to which an oscillation reference signal Vosc is applied, a first secondary winding 222 provided for delivering a reference voltage Vref used by the analog computer 21, and two secondary windings 223, 224 at mid-point provided for delivering the respective excitation signals of the set of positive emitting electrodes T1, T2, TA and of the negative emitting electrode TB.
  • the analog computer 21 comprises a first calculation module 21.1 including a mixer circuit 211 receiving as input the signal delivered by the first preamplifier stage 201 and representative of the quantity CA-CB, the signal delivered by the second preamplifier stage 202 and representative of the quantity C1 + C2, an offset signal delivered by the digital / analog converter 26 and the output signal Vs1z of this first calculation module, and delivering a signal applied to the negative input of a differential amplifier stage 215 whose input positive is connected to a first switch 213 between the output signal of the mixer 211 and the ground, this first switch
  • a second calculation module 21.2 includes a mixer circuit 212 receiving as input the signal delivered by the second preamplifier 202, the reference voltage Vref, and the output signal Vs1G from this second calculation module, and delivering a signal which is applied in negative input of a differential amplifier stage 216, the positive input of which is connected to a second switch 214 between the output signal of the mixer 212 and ground, this second switch
  • the respective outputs of the two differential amplifiers 215, 216 are applied at the input of two demodulator integrator circuits 217, 218 to deliver the output signals Vs1z, Vs1G from the analog computer 21. These two output signals are applied at the input of a multiplexer 249 whose analog output is applied to the input of an analog / digital converter 250 generating digital data intended to be processed by the microcontroller 30 of the digital card 3 of the contactless measurement system according to the invention.
  • n- and n + are the respective numbers of turns of
  • This measurement system S ′ comprises a sensor module 1 of the type described above and an electronic processing module 500 which implements conventional bridges controlled by means of modulators at the input of the charge amplifiers.
  • the positive emitting electrodes T1, T2, TA and the negative emitting electrode TB are supplied with high frequency excitation signals by the power supply module 22 'driven by the output signal from the oscillator circuit 520.
  • the third receiving electrode R (AB) is connected via a conductor 151 to the input of a first charge amplifier 501, while the first and second receiving electrodes R1, R2 are connected via a conductor 152 to the input of a second charge amplifier 502.
  • a first modulator 511 mounted as a multiplier, receives as input: a first Voz output signal from the processing module 500, an analog signal kb generated by a digital-analog converter (DAC) 26 controlled by a microcontroller ( ⁇ C), and a analog signal Vx produced internally by the processing module 500.
  • This first modulator 511 which is associated with a first modulation coefficient m1, delivers a modulation output signal which is applied via a gain K1 and a first reference capacity Crefl at the input of the first charge amplifier 501.
  • a second modulator 512 mounted as a divider, to which a second modulation coefficient m2 is associated, receives as input: a reference signal Vref to which a multiplicative coefficient K is applied, a second output signal Voy of the processing module 500.
  • This second modulator 512 delivers a modulation output signal Vx which is applied, via a gain K2 and a second capacitance Cref2, at the input of the second charge amplifier 502.
  • the output signal of the first charge amplifier 501 is applied to the input of a first high frequency amplifier 505, the output of which is applied to the input of a first synchronous demodulator 515.
  • the output signal of this first synchronous demodulator is applied to the input an integrator 517 which delivers the first output signal Voz representative of a displacement along the z axis.
  • the output signal of the second charge amplifier 502 is applied to the input of a second high frequency amplifier 504 whose output is applied to the input of a second synchronous demodulator 516 generating a demodulated signal which is applied to the input of a second integrator 518 delivering the second output signal Voy.
  • the two first and second synchronous demodulators 515, 516 are controlled by the oscillator circuit 520.
  • the Voz and Voy output signals can be expressed as follows:
  • the sensor module inserted between the mirror segments has the following dimensional and electrical characteristics:
  • Emitting plate
  • TA and TB electrode area 20 x 40 mm 2
  • Electrodes T1 and T2 40 x 40 mm 2 Surface of the emitting plate: 50 x 130 mm 2 Receiver plate:
  • Electrode R (AB) 20 x 30 mm 2
  • Surface of electrodes R1 and R2 20 x 20 mm 2
  • Surface of receiving plate 50 x 130 mm 2
  • Inter-plate distance between 6 and 18 mm
  • Length of sensor-electronic cable 15 m
  • the measurement system according to the invention can in particular be implemented for the control of segmented primary mirrors and in adaptive optics, but also for the control of secondary mirrors.

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Abstract

Système (S') de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'une position relative d'un premier objet par rapport à un second objet, comprenant: un module capteur (1) comprenant une plaque émettrice fixée au premier objet et une plaque réceptrice liée au second objet, disposées sensiblement en vis à vis et pourvues d'électrodes resp. émettrices et réceptrices, et un module électronique (500) prévu pour appliquer sur les électrodes émettrices des signaux d'excitation à haute fréquence, et pour traiter des signaux de mesure prélevés sur les électrodes réceptrices. Les électrodes émettrices et réceptrices sont agencées pour constituer un première capacitance variant en fonction de la distance séparant les plaques émettrice et réceptrice et une seconde capacitance variant en fonction du désalignement relatif desdites plaques. Le module électronique (500) est conçu pour effectuer un calcul analogique (I) d'un premier signal représentatif de l'inverse de la première capacitance et (ii) d'un second signal représentatif du rapport de la seconde capacitance sur la première capacitance. Utilisation notamment pour le contrôle de miroirs segmentés dans de grands télescopes.

Description

SYSTEME ET PROCEDE DE MESURE PAR VOIE CAPACITIVE
La présente invention concerne un système de mesure sans contact d'un déplacement ou d'un positionnement relatif de deux objets adjacents, par voie capacitive. Elle vise également le procédé de mesure sans contact mis en œuvre dans ce système, ainsi que l'application de ce système au contrôle de miroirs, notamment de miroirs segmentés. Le domaine principal mais non limitatif d'application de la présente invention est celui des télescopes géants à miroirs segmentés dans lesquels il est nécessaire de contrôler les dispositifs de Tip, de Tilt, et de piston des miroirs segmentés avec une grande résolution, ainsi que le rayon de courbure global du miroir désigné sous le terme de GROC. La publication « Segmented Mirror Control System Hardware for CELT » de Terry S.Mast et Jerry E.Nelson parue dans les actes de SPIE 2000 divulgue ainsi un système de commande de miroirs segmentés utilisant des capteurs capacitifs de déplacement pour le contrôle tridimensionnel des segments de miroir. On connaît également une utilisation de capteurs de bord (« edge sensors ») de technologie capacitive disposés sur les parois latérales de segments de miroirs.
Par ailleurs, il existe aussi des systèmes de mesure sans contact de positions relatives de pistes conductrices en cuivre sur des cartes à puce en cours d'usinage, qui mettent en œuvre un calcul de type (CA-CB)/(CA+CB), lorsque CA et CB représentent des capacitances constituées par deux électrodes émettrices et deux électrodes réceptrices en situation de désalignement relatif.
Le but de la présente invention est de proposer un système de mesure sans contact par voie capacitive, qui présente de meilleures performances en précision de mesure que les systèmes de mesure capacitive actuels, tout en permettant une réduction des coûts de réalisation. Cet objectif est atteint avec un système de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'une position relative d'un premier objet par rapport à un second objet, comprenant :
- un module capteur comprenant une plaque émettrice fixée audit premier objet et une plaque réceptrice liée audit second objet, lesdites premières et seconde plaques émettrice et réceptrice étant disposées sensiblement en vis à vis et pourvues d'électrodes respectivement émettrices et réceptrices,
- des moyens pour appliquer sur lesdites électrodes émettrices des signaux d'excitation à haute fréquence, - des moyens pour prélever sur lesdites électrodes réceptrices des signaux de mesure modulés à haute fréquence, et,
- des moyens pour traiter lesdits signaux de mesure ainsi prélevés, de façon à délivrer des signaux représentatifs du déplacement relatif ou de la position relative dudit premier objet audit second objet. Suivant l'invention, les électrodes émettrices et réceptrices sont agencées pour constituer une première capacitance variant en fonction de la distance séparant les plaques respectivement émettrice et réceptrice et une seconde capacitance variant en fonction du désalignement relatif desdites plaques, et les moyens de traitement sont agencés pour réaliser, à partir des signaux de mesure prélevés, un calcul analogique (i) d'un premier signal représentatif de l'inverse de ladite première capacitance et (ii) d'un second signal représentatif du rapport de la seconde capacitance sur ladite première capacitance.
Avec le système de mesure sans contact selon l'invention, on peut ainsi délivrer simultanément à la fois une information représentative de l'écartement relatif de deux objets, par exemple des miroirs segmentés, et une information représentative du désalignement de ces deux objets, avec une très haute précision rendue possible par un calcul analogique sur des signaux de mesure capacitive.
Afin de maintenir des performances élevées, le calculateur analogique est de préférence réalisé avec un ou plusieurs modulateurs.
Dans un mode de réalisation avantageux, les électrodes émettrices comprennent au moins une première électrode émettrice (T1 ) avec une première polarité, une seconde électrode émettrice (TA) avec ladite première polarité et une électrode émettrice (TB) avec une seconde polarité inverse de ladite première polarité, les électrodes réceptrices comprennent au moins une première électrode réceptrice (R1) sensiblement en vis à vis avec ladite première électrode émettrice (T1) et une seconde électrode réceptrice (R(A-B)) sensiblement en vis à vis d'une partie de ladite seconde électrode émettrice (TA) et une partie de ladite électrode émettrice (TB) de polarité inverse.
Les électrodes émettrices peuvent par exemple comprendre deux premières électrodes émettrices (T1, T2) avec la première polarité présentant sensiblement une même première forme géométrique, et en ce que les électrodes réceptrices comprennent deux premières électrodes réceptrices (R1 ,
R2) présentant la première forme géométrique et agencées au sein de la plaque réceptrice pour être en vis à vis respectivement desdites premières électrodes émettrices lorsque lesdites plaques émettrice et réceptrice sont en alignement.
La seconde électrode émettrice (TA) et l'électrode émettrice de polarité inverse (TB) présentent une même seconde forme géométrique, par exemple rectangulaire, et sont disposées parallèlement à proximité étroite l'une de l'autre.
La seconde électrode réceptrice (R(A-B)) est de préférence agencée au sein de la plaque réceptrice de sorte que la projection de ladite seconde électrode réceptrice sur la plaque émettrice est incluse dans un périmètre incluant les contours de la seconde électrode émettrice (TA) et de l'électrode réceptrice de polarité inverse (TB).
Les deux premières électrodes émettrices (T1 , T2) et la seconde électrode émettrice (TA) peuvent être reliées électriquement et excitées par un même signal d'excitation modulé à haute fréquence, et les deux premières électrodes réceptrices (R1 , R2) sont reliées électriquement.
Les moyens de traitement peuvent avantageusement comprendre des moyens pour réaliser le calcul analogique :
1/(C1+C2) où C1 et C2 sont les capacitances constituées respectivement par les premières électrodes émettrices (T1, T2) et les premières électrodes réceptrices (R1, R2), et des moyens pour réaliser le calcul analogique :
CA-CB/(C1+C2) où C1 et C2 sont les capacitances constituées respectivement par les premières électrodes émettrices (T1, T2) et les premières électrodes réceptrices (R1 , R2), et où CA-CB représente la capacitance constituée par d'une part la seconde électrode émettrice (TA) et l'électrode émettrice de polarité inverse (TB) et d'autre part, la seconde électrode réceptrice (R(A-B)).
La mesure différentielle CA-CB peut être réalisée, soit avec un émetteur bi-électrode et un récepteur mono-électrode, soit avec un émetteur monoélectrode et un récepteur bi-électrode. Les capacitances C1 et C2 permettent d'éviter l'utilisation de deux amplificateurs de charge qui dégraderaient considérablement la dérive thermique de l'électronique.
Les mesures séparées de (CA-CB)/(C1+C2) et 1/(C1+C2) permettent ainsi d'effectuer des mesures radiales et axiales. Les moyens de traitement comprennent de préférence un étage préamplificateur (20) pour pré amplifier les signaux de mesure prélevés respectivement sur la seconde électrode réceptrice (R(A-B)) et sur les deux premières électrodes réceptrices (R1, R2) reliées électriquement, en amont des moyens de calcul analogique (21). Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé une application du système de mesure sans contact selon l'invention, pour la mesure de la position relative entre deux segments de miroirs adjacents. Dans cette application, les plaques respectivement émettrice et réceptrice sont fixées à des parois latérales en vis à vis de deux segments de miroirs adjacents, à proximité étroite des surfaces actives desdits segments de miroirs.
Suivant encore un autre aspect de l'invention, il est proposé un procédé de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'une position relative d'un premier objet par rapport à un second objet, mis en œuvre dans le système selon l'invention, comprenant : - une application de signaux d'excitation à haute fréquence sur des électrodes émettrices disposées sur une plaque émettrice fixée sur ledit premier objet, - un prélèvement de signaux de mesure modulés à haute fréquence sur des électrodes réceptrices disposées sur une plaque réceptrice fixée sur ledit second objet, au moins une partie desdites électrodes respectivement émettrices et réceptrices étant sensiblement en vis à vis lorsque les plaques respectivement émettrice et réceptrice sont sensiblement alignées,
- un traitement desdits signaux de mesure ainsi prélevés, de façon à délivrer des signaux représentatifs du déplacement relatif ou de la position relative dudit premier objet audit second objet, caractérisé en ce que ce traitement comprend un calcul analogique (i) d'un premier signal représentatif de l'inverse d'une première capacitance et (ii) d'un second signal représentatif du rapport d'une seconde capacitance sur ladite première capacitance, ladite première capacitance étant constituée par au moins une desdites électrodes émettrices et au moins une desdites électrodes réceptrices de façon à varier en fonction de la distance séparant les plaques respectivement émettrice et réceptrice et ladite seconde capacitance étant constituée par au moins une autre desdites électrodes émettrices et au moins une autre desdites électrodes réceptrices de façon à varier en fonction du désalignement relatif desdites plaques.
D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaîtront à l'examen de la description détaillée d'un mode de mise en œuvre nullement limitatif, et des dessins annexés sur lesquels : - la figure 1 représente schématiquement les plaques respectivement émettrice et réceptrice mis en œuvre dans un système de mesure selon l'invention ;
- la figure 2 illustre un exemple pratique de mise en œuvre d'un système de mesure selon l'invention ;
- la figure 3 illustre schématiquement un premier exemple de réalisation de la structure interne d'un système de mesure selon l'invention ;
- la figure 4 illustre un exemple pratique de réalisation du système de mesure de la figure 3 ; et
- la figure 5 illustre un second exemple de réalisation d'un système de mesure selon l'invention. On va tout d'abord décrire, en référence aux figures 1 et 2, un exemple de réalisation d'un module capteur mis en œuvre dans un système de mesure sans contact selon l'invention utilisé pour le contrôle d'un ensemble de miroirs segmentés. Ce module capteur 1 , disposé entre deux segments de miroir M, M', comprend une plaque émettrice T fixée sur une paroi latérale 10 du segment M et une plaque réceptrice R fixée sur une paroi latérale 11 du segment M', ces deux plaques respectivement émettrice et réceptrice T, R étant sensiblement en vis à vis et parallèles. La plaque émettrice T comprend, sur un support plan 12 de faible épaisseur en matériau isolant, deux première et seconde électrodes émettrices
T1 , T2 de polarité positive de forme carrée reliées électriquement à une troisième électrode émettrice TA de polarité positive de forme rectangulaire disposée entre les première et seconde électrodes émettrices. La plaque émettrice T comprend en outre une électrode émettrice de polarité négative TB de forme identique à celle de la troisième électrode émettrice TA et disposée parallèlement à celle-ci.
La plaque réceptrice R comprend, sur un support plan 14 de faible épaisseur en matériau isolant, deux première et seconde électrodes R1, R2 réceptrices de forme carrée, et une troisième électrode réceptrice R(A-B) de forme rectangulaire disposée entre les deux première et seconde électrodes réceptrices R1 , R2. La surface des supports 12, 14 non occupée par les électrodes précitées est métallisée et constitue pour ces électrodes une garde électrostatique.
A titre d'exemple non limitatif, les supports 12, 14 peuvent être en matériau zerodur, ce qui permet d'obtenir la stabilité dimensionnelle requise, et sont recouvertes d'or.
Les supports peuvent aussi être en matériau souple, comme le polyimide, collé sur le miroir. Le collage, avec une résine de faible épaisseur, permet de réduire très fortement le coefficient de dilatation thermique du capteur et d'améliorer la stabilité dimensionnelle du matériau souple supportant le capteur, grâce au faible coefficient de dilatation thermique du miroir. Le matériau souple peut être réalisé avec du circuit imprimé souple classique.
Comme les deux plaques T, R respectivement émettrice et réceptrice sont disposées parallèlement et écartées par une distance, en pratique de quelques mm à quelques cm, on obtient alors une première capacitance C1 constituée par la première électrode émettrice T1 et la première électrode réceptrice R1 , une seconde capacitance C2 constituée par la seconde électrode émettrice T2 et la seconde électrode réceptrice R2, et un dispositif capacitif soustractif CA-CB constitué, d'une part, par la troisième électrode émettrice positive rectangulaire TA et l'électrode négative émettrice TB et, d'autre part, la troisième électrode réceptrice R(A-B).
Le module capteur 1 est relié par un ou plusieurs câbles blindés 15 à un module de traitement électronique 10 installé dans un rack 100 au format standard 3U qui peut contenir plusieurs modules de traitement électronique et disposé au sein d'un conteneur 101. Le câble blindé 15 est relié, d'une part, à des conducteurs électriques reliés au module capteur 1 au moyen d'un premier connecteur 16 et d'autre part, au conteneur 101 au moyen d'un second connecteur 18 puis l'équipement électronique 10 au moyen d'un troisième connecteur 17. Le rack 100 inclut aussi un module d'acquisition multi-canaux connecté aux différents modules de traitement électronique 10 et à un bus de liaison extérieure 103.
L'agencement du module capteur 1 entre deux segments de miroir permet une mesure de qualité car très proche des surfaces optiques. Par ailleurs, du fait du caractère distant des modules de traitement électronique, il n'y a pas de dissipation thermique au voisinage des segments de miroir.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 3, un premier exemple de réalisation d'un module de traitement électronique 2 connecté d'une part au module capteur 1 via le câble blindé 15 et d'autre part à une carte numérique d'acquisition 3 pourvue d'un microcontrôleur 30 et d'une horloge 31.
Le module de traitement électronique 2 comprend un premier étage de pré amplification 20 incluant un premier préamplificateur 201 et un second préamplificateur 202 à ultra faible bruit recevant en entrée respectivement un signal prélevé sur l'électrode réceptrice R(A-B) et un signal prélevé sur les deux électrodes réceptrices R1 et R2 reliées en parallèle. Ce premier étape de pré amplification 20 est relié en sortie à un calculateur analogique 21 dont les deux signaux de sortie sont appliqués en entrée de deux convertisseurs analogique/numérique 16 bits 24, 25 délivrant des données numériques transitant vers le microcontrôleur 30 via un bus interne 300.
Le module de traitement électronique 2 comprend en outre amplificateur différentiel 22 à stabilité élevée prévu pour délivrer un signal d'excitation des trois électrodes émettrices positives T1, T2, TA et un signal d'excitation de l'électrode émettrice négative TB. Cet amplificateur différentiel 22 reçoit un signal de référence délivré par un oscillateur de référence 23 piloté par un signal d'horloge généré par le circuit horloge 31 , et délivre aussi un signal de référence de modulation appliqué en entrée du calculateur analogique 21 qui reçoit également un signal de commande d'offset représentant d'un coefficient analogique ko délivré par un convertisseur numérique/analogique connecté au bus numérique 300. Par ailleurs, le module de traitement analogique 2 est alimenté électriquement par un module d'alimentation électrique 4 prévu aussi pour alimenter la carte numérique 3. Les deux signaux d'excitation délivrés par l'amplificateur différentiel 22 sont transmis respectivement à l'ensemble des électrodes émettrices positives T1 , T2, TA et à l'électrode émettrice négative TB via respectivement deux liaisons filaires 154, 153 incluses dans le câble blindé 15, tandis que les deux signaux de réception prélevés respectivement sur l'électrode réceptrice différentielle R(A-B) et sur les deux électrodes réceptrices RA, RB sont transmis en entrée de l'étage de pré amplification 20 via respectivement deux liaisons filaires 151 , 152.
Le premier préamplificateur 201 est prévu pour délivrer un signal représentatif de la différence CA - CB, tandis que le second préamplificateur 202 est prévu pour délivrer un signal représentatif de la somme C1 + C2. Ces deux signaux analogiques sont appliqués en entrée du calculateur analogique 21 qui est agencé pour générer deux signaux analogiques représentatifs respectivement
CA - CB de la quantité k\ et de la quantité K\ ±ko
C1 + C2 C1 + C2
La figure 4 illustre un exemple pratique de réalisation d'un module de traitement électronique 21'. Les préamplificateurs à faible bruit 201 , 202 sont réalisés selon une structure conventionnelle à partir d'amplificateurs opérationnels. L'amplificateur différentiel 22 comprend un transformateur TR comportant un enroulement primaire 221 relié à la sortie d'un amplificateur 220 auquel est appliqué un signal de référence d'oscillation Vosc, un premier enroulement secondaire 222 prévu pour délivrer une tension de référence Vref utilisée par la calculateur analogique 21 , et deux enroulements secondaires 223, 224 à point milieu prévus pour délivrer les signaux d'excitation respectifs de l'ensemble d'électrodes émettrices positives T1 , T2, TA et de l'électrode émettrice négative TB.
Le calculateur analogique 21 comprend un premier module de calcul 21.1 incluant un circuit mélangeur 211 recevant en entrée le signal délivré par le premier étage préamplificateur 201 et représentatif de la quantité CA-CB, le signal délivré par le second étage préamplificateur 202 et représentatif de la quantité C1+C2, un signal d'offset délivré par le convertisseur numérique/analogique 26 et le signal de sortie Vs1z de ce premier module de calcul, et délivrant un signal appliqué en entrée négative d'un étage amplificateur différentiel 215 dont l'entrée positive est reliée à un premier commutateur 213 entre le signal de sortie du mélangeur 211 et la masse, ce premier commutateur
213 étant commandé par la tension de référence Vref.
Un second module de calcul 21.2 inclut un circuit mélangeur 212 recevant en entrée le signal délivré par le second préamplificateur 202, la tension de référence Vref, et le signal de sortie Vs1G de ce second module de calcul, et délivrant un signal qui est appliqué en entrée négative d'un étage amplificateur différentiel 216 dont l'entrée positive est reliée à un second commutateur 214 entre le signal de sortie du mélangeur 212 et la masse, ce second commutateur
214 étant aussi commandé par la tension de référence Vref. Les sorties respectives des deux amplificateurs différentiels 215, 216 sont appliquées en entrée de deux circuits intégrateurs démodulateurs 217, 218 pour délivrer les signaux de sortie Vs1z, Vs1G du calculateur analogique 21. Ces deux signaux de sortie sont appliqués en entrée d'un multiplexeur 249 dont la sortie analogique est appliquée en entrée d'un convertisseur analogique/numérique 250 générant des données numériques destinées à être traitées par le microcontrôleur 30 de la carte numérique 3 du système de mesure sans contact selon l'invention.
On peut établir que le signal de sortie Vs1z est représentatif du rapport
— '- '- — où n- et n+ sont les nombres de spires respectifs des
C1 + C2 enroulements secondaires 223, 224 reliés respectivement à l'électrode émettrice négative TB et à l'ensemble d'électrodes émettrices positives T1 , T2, TA. On va maintenant -décrire, en référence à la figure 5, un second exemple de réalisation d'un système de mesure selon l'invention. Les composants et éléments communs aux premier et second exemples de réalisation et représentés sur les figures 3 à 5 sont repérés par des références communes. Ce système de mesure S' comprend un module capteur 1 du type décrit précédemment et un module de traitement électronique 500 qui met en œuvre des ponts conventionnels asservis à l'aide de modulateurs à l'entrée des amplificateurs de charge.
Les électrodes émettrices positives T1 , T2, TA et l'électrode émettrice négative TB sont alimentées en signaux d'excitation haute fréquence par le module d'alimentation 22' piloté par le signal de sortie du circuit oscillateur 520.
La troisième électrode réceptrice R(A-B) est reliée via un conducteur 151 à l'entrée d'un premier amplificateur de charge 501 , tandis que les première et seconde électrodes réceptrices R1 , R2 sont reliées via un conducteur 152 à l'entrée d'un second amplificateur de charge 502.
Un premier modulateur 511 , monté en multiplieur, reçoit en entrée : un premier signal de sortie Voz du module de traitement 500, un signal analogique ko généré par un convertisseur numérique-analogique (DAC) 26 piloté par un microcontrôleur (μC), et un signal analogique Vx produit en interne par le module de traitement 500. Ce premier modulateur 511 , qui est associé à un premier coefficient de modulation m1, délivre un signal de sortie de modulation qui est appliqué via un gain K1 et une première capacité de référence Crefl en entrée du premier amplificateur de charge 501. Un second modulateur 512, monté en diviseur, auquel est associé un second coefficient de modulation m2, reçoit en entrée : un signal de référence Vref auquel est appliqué un coefficient multiplicatif K, un second signal de sortie Voy du module de traitement 500. Ce second modulateur 512 délivre un signal de sortie de modulation Vx qui est appliqué, via un gain K2 et une seconde capacité de référence Cref2, en entrée du second amplificateur de charge 502.
Les sorties de référence +Vref et -Vref du module d'alimentation 22' sont utilisées pour piloter les premier et second modulateurs 511 , 512. Le signal de sortie du premier amplificateur de charge 501 est appliqué en entrée d'un premier amplificateur haute fréquence 505 dont la sortie est appliquée en entrée d'un premier démodulateur synchrone 515. Le signal de sortie de ce premier démodulateur synchrone est appliqué en entrée d'un intégrateur 517 qui délivre le premier signal de sortie Voz représentatif d'un déplacement selon l'axe z.
Le signal de sortie du second amplificateur de charge 502 est appliqué en entrée d'un second amplificateur haute fréquence 504 dont la sortie est appliquée en entrée d'un second démodulateur synchrone 516 générant un signal démodulé qui est appliqué en entrée d'un second intégrateur 518 délivrant le second signal de sortie Voy.
Les deux premier et second démodulateurs synchrones 515, 516 sont pilotés par le circuit oscillateur 520.
L'utilisation d'une mesure en méthode de zéro réelle pour le module de traitement électronique 500 procure un avantage décisif en termes de performance en résolution. Ceci est rendu possible par l'utilisation d'un modulateur diviseur et d'un modulateur multiplieur et par le fait que l'on injecte le signal de tension Vx dans le modulateur multiplieur 511
Les signaux de sortie Voz et Voy peuvent être exprimés de la façon suivante :
Figure imgf000013_0001
m. lycς +c^-ςje, κvcref \
v = K.K2.Cref2.m2 «-(Q + C - ^
Dans un exemple pratique de réalisation d'un système de mesure selon l'invention, le module capteur inséré entre les segments de miroir présente les caractéristiques dimensionnelles et électriques suivantes : Plaque émettrice :
Surface des électrodes TA et TB : 20 x 40 mm2
Surface des électrodes T1 et T2 : 40 x 40 mm2 Surface de la plaque émettrice : 50 x 130 mm2 Plaque réceptrice :
Surface de l'électrode R(A-B) : 20 x 30 mm2 Surface des électrodes R1 et R2 20 x 20 mm2 Surface de la plaque réceptrice : 50 x 130 mm2
Distance inter-plaques : entre 6 et 18 mm
Capacitance (pour une distance inter-plaques de 17 mm) : CA=CB : 0.15 pF
C1=C2=0.20 pF
Sensibilité sur l'axe z : 30 pF/m
Sensibilité sur l'axe Y : 11 pF :m
Dans un exemple pratique de réalisation d'un équipement électronique associé au module capteur décrit ci-dessus : Bruit de mesure électronique sur l'axe Z : 10 nm/Hz1/2
Bruit de mesure électronique sur l'axe Y : 20 nm/Hz1/2
Portée sur l'axe Z : +/- 0.5 mm
Portée sur Taxe Y : 6-18 mm
Réglage d'offset : +/- 0.5 mm
Signal de sortie sur l'axe Z : +/- 10 V
Signal de sortie sur l'axe Y : 0-10 V
Résolution en sortie : 15 nm
(conversion A/N sur 16 bits sur l'axe Z)
Bande passante : 0 - 10 Hz
Dérive du gain et de l'offset : < 10 nm/°C
Résolution sur le contrôle d'offset 15 nm
(conversion A/N sur 16 bits sur l'axe Z)
Liaison série
Alimentation électrique : 120 ou 230 V
Rack de 8 canaux en format 3U 19 pouces
Longueur du câble capteur-électronique : 15 m
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention. Le système de mesure selon l'invention peut notamment être mis en œuvre pour le contrôle de miroirs primaires segmentés et en optique adaptative, mais aussi pour le contrôle de miroirs secondaires.

Claims

Revendications 1. Système (S, S') de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'une position relative d'un premier objet par rapport à un second objet, comprenant : - un module capteur (1) comprenant une plaque émettrice (T) fixée audit premier objet et une plaque réceptrice (R) liée audit second objet, lesdites premières et seconde plaques émettrice et réceptrice étant disposées sensiblement en vis à vis et pourvues d'électrodes respectivement émettrices et réceptrices,
- des moyens (22) pour appliquer sur lesdites électrodes émettrices des signaux d'excitation à haute fréquence,
- des moyens pour prélever sur lesdites électrodes réceptrices des signaux de mesure modulés à haute fréquence, et,
- des moyens (2, 500) pour traiter lesdits signaux de mesure ainsi prélevés, de façon à délivrer des signaux représentatifs du déplacement relatif ou de la position relative dudit premier objet audit second objet, caractérisé en ce que les électrodes émettrices et réceptrices sont agencées pour constituer une première capacitance variant en fonction de la distance séparant les plaques respectivement émettrice et réceptrice et une seconde capacitance variant en fonction du désalignement relatif desdites plaques, et en ce que les moyens de traitement sont agencés pour réaliser, à partir des signaux de mesure prélevés, un calcul analogique (i) d'un premier signal représentatif de l'inverse de ladite première capacitance et (ii) d'un second signal représentatif du rapport de la seconde capacitance sur ladite première capacitance.
2. Système (S, S') de mesure sans contact selon la revendication 1 , caractérisé en ce que les électrodes émettrices comprennent au moins une première électrode émettrice (T1) avec une première polarité, une seconde électrode émettrice (TA) avec ladite première polarité et une électrode émettrice (TB) avec une seconde polarité inverse de ladite première polarité, les électrodes réceptrices comprennent au moins une première électrode réceptrice (R1) sensiblement en vis à vis avec ladite première électrode émettrice (T1) et une seconde électrode réceptrice (R(A-B)) sensiblement en vis à vis d'une partie de ladite seconde électrode émettrice (TA) et une partie de ladite électrode émettrice (TB) de polarité inverse.
3. Système de mesure selon la revendication 2, caractérisé en ce que les électrodes émettrices comprennent deux premières électrodes émettrices (T1 , T2) avec la première polarité présentant sensiblement une même première forme géométrique, et en ce que les électrodes réceptrices comprennent deux premières électrodes réceptrices (R1 , R2) présentant ladite première forme géométrique et agencées au sein de la plaque réceptrice pour être en vis à vis respectivement desdites premières électrodes émettrices lorsque lesdites plaques émettrice et réceptrice sont en alignement.
4. Système de mesure selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que la seconde électrode émettrice (TA) et l'électrode émettrice de polarité inverse (TB) présentent une même seconde forme géométrique et sont disposées parallèlement à proximité étroite l'une de l'autre.
5. Système de mesure selon la revendication 4, caractérisé en ce que la seconde électrode réceptrice (R(A-B)) est agencée au sein de la plaque réceptrice de sorte que la projection de ladite seconde électrode réceptrice sur la plaque émettrice est incluse dans un périmètre incluant les contours de la seconde électrode émettrice (TA) et de l'électrode réceptrice de polarité inverse (TB).
6. Système de mesure selon l'une des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce que les deux premières électrodes émettrices (T1 , T2) et la seconde électrode émettrice (TA) sont reliées électriquement et sont excitées par un même signal d'excitation modulé à haute fréquence, et en ce que les deux premières électrodes réceptrices (R1 , R2) sont reliées électriquement.
7. Système de mesure selon l'une des revendication 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens pour réaliser le calcul analogique :
1/(C1 +C2) où C1 et C2 sont les capacitances constituées respectivement par les premières électrodes émettrices (T1 , T2) et les premières électrodes réceptrices (R1 , R2).
8. Système de mesure selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens pour réaliser le calcul analogique :
CA-CB/(C1+C2) où C1 et C2 sont les capacitances constituées respectivement par les premières électrodes émettrices (T1 , T2) et les premières électrodes réceptrices (R1 , R2), et où CA-CB représente la capacitance constituée par d'une part la seconde électrode émettrice (TA) et l'électrode émettrice de polarité inverse (TB) et d'autre part, la seconde électrode réceptrice (R(A-B)).
9. Système de mesure selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent un étage préamplificateur (20) pour pré amplifier les signaux de mesure prélevés respectivement sur la seconde électrode réceptrice (R(A-B)) et sur les deux premières électrodes réceptrices (R1 , R2) reliées électriquement, en amont des moyens de calcul analogique (21).
10. Système de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que les moyens de calcul analogique sont agencés pour traiter une information analogique d'offset délivrée par des moyens de conversion numérique /analogique connectés à des moyens numériques de contrôle.
11. Système de mesure selon l'une des revendications 9 ou 10, caractérisé en ce que les moyens de calcul analogique comprennent des moyens pour démoduler les signaux résultant des calculs analogiques.
12. Système de mesure selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les plaques respectivement émettrice et réceptrice comportent des supports réalisés en matériau souple.
13. Système de mesure selon la revendication 12, caractérisé en ce que le matériau souple constituant les supports est du polyamide.
14. Système de mesure selon l'une des revendications 12 ou 13, caractérisé en ce que le matériau souple constituant les supports est réalisé à partir d'un circuit imprimé souple.
15. Système de mesure selon l'une des revendications 12 à 14, dans lequel au moins des desdits premier et second objets comprend un miroir, caractérisé en ce que l'un au moins des-supports en matériau souple est collé audit miroir.
16. Système de mesure (S') selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens de traitement (500) comprennent un premier amplificateur de charge (501) dont l'entrée est reliée à la troisième électrode réceptrice R(A-B) et à la sortie d'un premier modulateur (511) monté en multiplieur, et un second amplificateur de charge (502) dont l'entrée est reliée aux première et seconde électrodes réceptrices (R1 , R2) et à la sortie d'une second modulateur (512) monté en diviseur, les sorties respectives desdits premier et second amplificateurs de charge (501 , 502) étant reliées respectivement en entrée d'un premier et d'un second démodulateurs synchrones (515, 516) pilotés par des moyens oscillateurs, les sorties respectives desdits premier et second démodulateurs synchrones (515,
516) étant appliqués en entrée respectivement d'un premier et d'un second intégrateurs (517, 518) délivrant respectivement un premier signal analogique (Voz)
F A — R "1 représentatif de la quantité K\ ±ko \ et un second signal analogique (Voy)
|_ Cl + C2 J
1 représentatif de la quantité K
C1 + C2
17. Système de mesure (S') selon la revendication 16, caractérisé en ce que les moyens de traitement (500) comprennent en outre un premier et un second amplificateur haute fréquence (505, 504) disposés respectivement entre, d'une part, les sorties des premier et second amplificateurs de charge (501 , 502), et d'autre part, les entrées des premier et second démodulateurs synchrones (515, 516).
18. Application du système de mesure sans contact selon l'une des revendications précédentes, pour la mesure de la position relative entre deux segments de miroirs adjacents.
19. Application selon la revendication 18, dans laquelle les plaques respectivement émettrice et réceptrice sont fixées à des parois latérales en vis à vis de deux segments de miroirs adjacents, à proximité étroite des surfaces actives desdits segments de miroirs.
20. Application selon la revendication 19, dans laquelle le système de mesure sans contact selon l'une des revendications 1 à 11 est mis en œuvre pour le contrôle de position (Tilt, Tip, piston et rayon de courbure global du miroir (GROC)) de segments de miroir.
21. Application selon l'une des revendications 18 à 20, dans le domaine des télescopes de grande taille à miroirs segmentés.
22. Procédé de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'une position relative d'un premier objet par rapport à un second objet, mis en œuvre dans le système selon l'une des revendications précédentes, comprenant :
- une application de signaux d'excitation à haute fréquence sur des électrodes émettrices disposées sur une plaque émettrice fixée sur ledit premier objet,
- un prélèvement de signaux de mesure modulés à haute fréquence sur des électrodes réceptrices disposées sur une plaque réceptrice fixée sur ledit second objet, au moins une partie desdites électrodes respectivement émettrices et réceptrices étant sensiblement en vis à vis lorsque les plaques respectivement émettrice et réceptrice sont sensiblement alignées,
- un traitement desdits signaux de mesure ainsi prélevés, de façon à délivrer des signaux représentatifs du déplacement relatif ou de la position relative dudit premier objet audit second objet, caractérisé en ce que ce traitement comprend un calcul analogique (i) d'un premier signal représentatif de l'inverse d'une première capacitance et (ii) d'un second signal représentatif du rapport d'une seconde capacitance sur ladite première capacitance, ladite première capacitance étant constituée par au moins une desdites électrodes émettrices et au moins une desdites électrodes réceptrices de façon à varier en fonction de la distance séparant les plaques respectivement émettrice et réceptrice et ladite seconde capacitance étant constituée par au moins une autre desdites électrodes émettrices et au moins une autre desdites électrodes réceptrices de façon à varier en fonction du désalignement relatif desdites plaques.
23. Procédé de mesure selon la revendication 22, dans lequel les électrodes émettrices comprennent deux premières électrodes émettrices (T1 , T2), une seconde électrode émettrice (TA) et une électrode émettrice (TB) avec une polarité inverse de celle de la dite seconde électrode émettrice (TA), les électrodes réceptrices comprennent deux premières électrodes réceptrices (R1 , R2) et une seconde électrode réceptrice (R(A-B) en vis à vis d'au moins une partie de ladite seconde électrode émettrice (TA) et d'au moins une seconde partie de ladite électrode émettrice (TB) de polarité inverse, lesdites premières électrodes émettrices et ladite seconde électrode émettrice étant reliées électriquement et excitées par un même signal d'excitation modulé à haute fréquence, et lesdites premières électrodes réceptrices étant reliées électriquement, de façon à constituer (i) une capacitance C1+C2 correspondant à la mise en parallèle de deux capacitances (C1 , C2) constituées respectivement par chaque première électrode émettrice (T1 , T2) et chaque première électrode réceptrice (R1 , R2) correspondante.
24. Procédé de mesure selon la revendication 23, caractérisé en ce que le calcul analogique comprend un calcul de la quantité : 1/(C1+C2) où C1 et C2 sont les capacitances constituées respectivement par les premières électrodes émettrices (T1 , T2) et les premières électrodes réceptrices (R1 , R2).
25. Procédé de mesure selon la revendication 23, caractérisé en ce que le calcul analogique comprend un calcul de la quantité :
CA-CB/(C1+C2) où C1 et C2 sont les capacitances constituées respectivement par les premières électrodes émettrices (T1 , T2) et les premières électrodes réceptrices (R1 , R2), et où CA-CB représente la capacitance constituée par d'une part la seconde électrode émettrice (TA) et l'électrode émettrice de polarité inverse (TB) et d'autre part, la seconde électrode réceptrice (R(A-B)).
26. Procédé selon l'une des revendications 23 à 25, caractérisé en ce qu'il comprend en outre, préalablement au calcul analogique, une pré amplification à ultra faible bruit des signaux de mesure prélevés respectivement sur la seconde électrode réceptrice (R(A-B)) et sur les deux premières électrodes réceptrices (R1 , R2) reliées électriquement.
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