WO2007006910A1 - Procede de mesure sans contact d'un deplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport a un second objet, par voie inductive - Google Patents

Procede de mesure sans contact d'un deplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport a un second objet, par voie inductive Download PDF

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WO2007006910A1
WO2007006910A1 PCT/FR2006/001591 FR2006001591W WO2007006910A1 WO 2007006910 A1 WO2007006910 A1 WO 2007006910A1 FR 2006001591 W FR2006001591 W FR 2006001591W WO 2007006910 A1 WO2007006910 A1 WO 2007006910A1
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coils
coil
receiver
signal
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PCT/FR2006/001591
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Didier Roziere
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Nanotec Solution
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    • G01D5/22—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 inductance, e.g. by a movable armature differentially influencing two coils
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Definitions

  • Non-contact measurement method of relative displacement or relative positioning of a first object with respect to a second object inductively.
  • the present invention relates to a non-contact measurement method of relative displacement or relative positioning of a first object with respect to a second object, inductively. It also relates to a non-contact measurement system implementing such a method, as well as the application of this method to position and alignment control, including segmented telescope mirrors.
  • the main but non-limiting 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 referred to as GROC.
  • edge sensors of capacitive technology disposed on the side walls of mirror segments are also known.
  • WO 2004/020953 describes such sensors in a non-contact measurement system of a relative positioning of two adjacent objects.
  • This system implements a type calculation (CA-CB) / (CA + CB), when CA and CB represent capacitors constituted by two emitting electrodes and two receiving electrodes in a situation of relative misalignment.
  • CA-CB type calculation
  • CA + CB CA + CB
  • Document LJS 48 16 759 describes inductive sensors for measuring the relative displacement of two mirrors. Emitting coils are arranged on the first mirror. Receiving coils are arranged on the second mirror. The measurement is based on the principle of the measurement of eddy current impedance. The eddy current technique is widely used in the industrial and laboratory fields. In this document US 48 16 759, two emitter coils excited by an alternating signal for two receiver coils are used. These are connected to a zero impedance in order to behave as a conductive target. Eddy currents are generated and, according to Lenz's law, these currents oppose the cause that gave them birth.
  • the induction created on the two transmitting coils modifies the reluctance of these coils.
  • the impedance of the transmitting coils varies with the distance separating the transmitting coils from the receiving coils and the difference in impedance of the two transmitting coils is sensitive to the recovery rate of the coils, ie to the radial position. (vertical Z) between transmitter and receiver.
  • the impedance difference makes it possible to measure the radial position to determine TIp-TiIt and Piston.
  • One of the drawbacks of this concept is that the measurement is made by measuring an impedance of a coil through a cable and that it is impossible to obtain a good stability of position measurement with the temperature and in time because all parasitic impedances are superimposed on the reluctance to be measured.
  • the main parasitic parameters are the resistivity of the transmitting and receiving coils, the permeability of the materials, the impedance of the connecting cables.
  • the object of the present invention is to overcome the drawbacks of the prior art by proposing a new inductive measurement system with no relative contact displacement between two adjacent objects.
  • Another object of the invention is to design a measurement system insensitive to pollution related to dust and condensation.
  • the present invention also aims a measurement system of high accuracy.
  • At least one of the aforementioned objects is achieved with a non-contact measurement method of relative displacement or relative positioning of a first object with respect to a second object, wherein:
  • At least one transmitting coil, placed on the first object, is excited by an alternating excitation signal
  • At least one alternating electrical output signal generated by mutual inductance is detected in at least one receiver coil placed on said second object, said at least one receiver coil being placed in a magnetic field created by said at least one transmitting coil, and
  • the alternating electrical output signal may be an alternating current flowing on a load of the receiver coil, or an alternating voltage.
  • coil in English means any circuit capable of emitting and / or receiving or receiving an electromagnetic field.
  • the voltage generated across the receiver coil is proportional to the mutual inductance which is a function of the distance between the transmitter coil and the receiver coil.
  • the mutual inductance between the transmitting and receiving coils is used.
  • the voltages generated by the receiver coils are measured by a transformer effect.
  • the phase of the excitation signal applied to the transmitting coils is measured.
  • the measurement is done on the transmitter side, and the receiver ends with zero impedance.
  • the voltage across the receiver is detected, thus with an almost infinite impedance.
  • the sensor consists of a transmitter and a receiver mounted face to face to measure the axial position in "y" (gap or gap to calculate the "GRoC”) and radial in "z” for measure Tip-Tilt and Piston.
  • the concept is based on the principle of mutual inductance between two coils placed face to face.
  • the transmitter coil is excited by a voltage or alternating current and through the air, induces a field in the receiver coil.
  • An alternating voltage appears across the receiver coil proportional to the mutual inductance.
  • This mutual is related to the absolute distance between the two coils and their surface coverage rate. Under these conditions, the phenomenon is close to the capacitive phenomenon described in WO 2004/020953.
  • the output signal is very sensitive to parasitic impedances constituting the sensor because the measurement is similar to that of a transformer whose magnetic circuit is air.
  • said at least one transmitting coil and said at least one receiver coil constitute a transformer. Ideally, it is a kernelless transformer.
  • an axial displacement is determined by measuring an axial DC voltage Va proportional to a monotonic function, such as the inverse function, of the mutual inductance M between a transmitting coil and a receiver coil.
  • a monotonic function such as the inverse function
  • at least two receiver coils generating respectively an alternating voltage va proportional to the mutual inductance Ma between a first receiver coil and said at least one transmitting coil, and a proportional vb proportional voltage are used.
  • the mutual inductance Mb between a second receiver coil and said at least one transmitting coil.
  • a radial displacement is determined by measuring a radial DC voltage Vr proportional to the relationship (Ma-Mb) .f (Ma + Mb); (Ma-Mb) being the difference of the mutual inductances Ma and Mb, f (Ma + Mb) being a monotonic function, such as the inverse function, of the sum (Ma + Mb) of the mutual inductances Ma and Mb; Ma is the mutual inductance between the transmitting coil and a first receiver coil, Mb being the mutual inductance between the transmitting coil and a second receiver coil.
  • an axial displacement is determined by measuring an axial DC voltage Va proportional to a function monotone, such as the inverse function, of the sum of the mutual inductances Ma and Mb.
  • the calculations can be performed electronically using analog operators such as multipliers or by slaving the excitation, or by slaving the signals taken at the reception.
  • the amplitude of the excitation signal of the transmitting coil can be slaved to the axial DC voltage Va.
  • the amplitude of the excitation signal can be maintained constant, and for measuring the relative displacement, means for calculating the DC voltage Va are slaved to this axial DC voltage Va.
  • two transmitting coils and at least one receiver coil are used.
  • an inductance balancing voltage is determined at the output of the receiver coil, and the radial positioning of the two objects is enslaved to said balancing voltage.
  • this balancing voltage is zero and the two coils excite by two opposite excitation signals. This mode allows radia positioning control!
  • the transmitter-receiver device is calibrated for a given positioning, and then each misalignment is detected and resorbed by realignment of one object with respect to the other.
  • said at least one transmitting coil is disposed facing the receiver coils.
  • the overall surface area of the transmitting coils is less than the overall area of the receiver coils.
  • the transmitting coil and the receiving coils may be differential coils. They can have a rectangular shape, square, circular or other, and be of flat or planar type.
  • these flexible circuits are flexible printed circuits, one face of which includes metal turns such as copper, spiral in particular. To improve the dimensional stability of the coils, it is possible to directly glue the face side turns on the side of the mirrors. The very low coefficient of thermal expansion of mirrors greatly reduces the deformation of flexible circuits.
  • the coils are deposited on a material having a very low coefficient of thermal expansion to greatly reduce the deformation of these deposited coils.
  • a material having a very low coefficient of thermal expansion to greatly reduce the deformation of these deposited coils.
  • the coefficient of thermal expansion of a flexible polyimide printed circuit is about 20 ppm / ° C and that of copper (metal constituting the turns of a coil) about 18ppm / ° C.
  • the alternating excitation signal is an alternating voltage or an alternating current, the latter notably making it possible to overcome disturbances due to parasitic resistances.
  • the transmitting and receiving coils are respectively disposed on two adjacent lateral faces of two mirrors of a telescope.
  • the system may comprise a transmitter coil and a receiver coil for measuring an axial displacement of objects by determining an axial voltage Va proportional to a monotonic function, such as the inverse function, of the mutual inductance between the two coils.
  • the system may comprise two transmitting coils fed by two opposite excitation signals so as to carry out radial positioning control. It is also possible to measure radial positioning.
  • the emitter of the inductive sensor produced may comprise two emitter coils fed in series by the same alternating current in order to obtain a maximum of linearity and stability.
  • the receiver may consist of two coils whose series connection gives the sum of the two mutual inductances and the differential arrangement gives the difference of the two mutual inductances.
  • the electronics or processing means for calculating voltages representative of the radial and axial displacements can be realized in different ways.
  • the processing means comprise calculation means for determining a DC voltage Vr representing a radial displacement, Vr being proportional to the relationship (Ma-Mb). f (Ma + Mb); (Ma-Mb) being the difference of the mutual inductances Ma and Mb, f (Ma + Mb) being a monotonic function, such as the inverse function, of the sum (Ma + Mb) of the mutual inductances Ma and Mb.
  • the calculation means may comprise:
  • a demodulator for demodulating the signal from said summator, an integrator for generating the radial DC voltage Vr from the signal from the demodulator, and
  • the integrator can be replaced by a corrector of Proportional-Integral-Derivative type, called PID. Otherwise, always to determine the DC voltage Vr, the calculation means can comprise:
  • a multiplier-summator for summing the difference va-vb of the voltages generated by the receiver coils with a feedback signal multiplied by the sum va + vb of the voltages generated by the receiver coils
  • an integrator for generating the radial DC voltage Vr from the signal from the demodulator, said feedback signal being the radial DC voltage Vr; the relative displacement being a function of the value of the radial DC voltage Vr for which the output of said multiplier is zero.
  • the processing means comprise calculation means for determining an axial DC voltage Va representing an axial displacement and which is proportional to a monotonic function, such as the inverse function, of the sum of the mutual inductances Ma and Mb.
  • the calculation means may comprise: - an adder to sum the sum of the voltages va + vb of the two receiver coils with a reference voltage Vref, a demodulator for demodulating the signal from said summator,
  • the calculation means can comprise:
  • a multiplier-summator for summing a reference voltage Vref with a feedback signal multiplied by the sum va + vb of the voltages generated by the receiver coils, a demodulator for demodulating the signal from said multiplier, and an integrator for generating the axial DC voltage Va from the signal from the demodulator, the feedback signal being the axial DC voltage Va; the relative displacement being a function of the value of the axial DC voltage Va for which the output of said multiplier is zero.
  • the reference voltage Vref may be multiplied by a coefficient, kr for the calculation of the radial continuous voltage Vr, and ka for the calculation of the axial continuous voltage Va.
  • the processing means comprise a summing amplifier capable of producing the sum of volts generated by the receiver coils and a differential amplifier capable of producing the difference in voltages generated by the receiver coils.
  • the method described above is applied for the position control and alignment of segmented telescope mirrors.
  • the described system can be applied for measuring the relative position between two adjacent mirror segments.
  • Transmitter and receiver plates respectively may be attached to side walls opposite two adjacent mirror segments, in close proximity to the active surfaces of said mirror segments.
  • the non-contact measurement system is preferably implemented for the position control (Tilt, Tip, piston and overall radius of curvature of the mirror
  • the power "n" can depend on several parameters such as the size and shape of the coils and is not necessarily an integer.
  • system according to the invention can be used for any other compatible non-contact measurement, in particular for non-contact position measurement and uni-axis or two-axis displacement.
  • FIG. 1 is a simplified diagram illustrating the basic principle of the method according to the present invention
  • FIG. 2 is an electronic diagram of analog axial displacement calculation with a servocontrol of the excitation signal
  • FIG. 3 is an electronic diagram of another example of analog calculation of axial displacement without servocontrol of the excitation signal
  • FIG. 4 is an exemplary embodiment of control or measurement of radial position
  • FIG. 5 is an exemplary preferred embodiment with a coil on transmission and two coil on reception
  • FIG. 6 is a simplified diagram of an embodiment comprising two coils on transmission and two coils on reception
  • FIG. 7 is an overall view of the system according to the invention associated with segments of mirrors for a giant telescope
  • FIG. 8 is an electronic diagram of an analog calculation with servocontrol of the excitation signal
  • FIG. 9 is an electronic diagram of another analog calculation with a constant excitation signal.
  • FIG. 10 is a simplified diagram illustrating the principle of calculating the multiplier-adder used in FIGS. 8 and 9.
  • FIG. 1 shows a first embodiment illustrating the principle of the present invention which is based on a transformer without core.
  • the primary is constituted by the coil L1 which is the transmitter while the secondary is the coil L2 as a receiver.
  • the assembly constitutes an edge sensor used and integrated into a system according to the present invention.
  • the emitter L1 is disposed on a first object facing the receiver L2 disposed on a second object.
  • the transmitter coil L1 is excited by an alternating voltage el or an alternating current it so as to create a magnetic field.
  • Va ⁇ / Ma with ⁇ a known coefficient.
  • the analog computing device as described in FIG. 2 is then used.
  • the AC voltage supplies a summator S1.
  • the latter also receives a value ka.Vref where ka is a known coefficient and Vref a reference voltage.
  • the output of the summator S1 feeds a demodulator D1 which is then connected, via a resistor, to an integrator IT1.
  • the output of the integrator IT1 is the DC voltage Va. This output feeds a multiplier ml so as to be multiplied by the reference voltage Vref and generate the excitation signal el (or il).
  • this integrator IT1 is connected to the ground, which forces the negative input to maintain a zero voltage.
  • the output of the summator S1 is also forced to zero voltage.
  • the device thus described comprises a servocontrol of the excitation signal el by the axial DC voltage Va.
  • This embodiment may be disadvantageous when there are several other edge sensors nearby. Indeed, the amplitude modulation of the excitation signal el can then constitute a variable transmitter for these neighboring sensors and thus create of the crosstalk. To reduce this problem, it is intended to keep the excitation constant and to process only the signals on reception.
  • FIG. 3 illustrates this second embodiment in which the AC voltage supplies a multiplier m2 that also receives the signal ka.Vref as well as the DC voltage Va. This multiplier m2 realizes the following operation: va. Va + ka.Vref
  • the output of the multiplier m2 feeds a demodulator D2 connected to an integrator IT2 via a resistor in the same manner as in FIG. 2.
  • the output voltage of the IT2 is the axial DC voltage Va.
  • va. Va + ka.Vref 0
  • the two excitation voltages are opposite, el is positive while e2 is negative.
  • FIG. 5 we see another embodiment in which it is desired to perform a measurement without displacement contact or axial and radial position.
  • FIG. 6 illustrates a preferred variant embodiment.
  • va is proportional to the mutual inductance Ma between the transmitter coil L1 and the receiver coil L2.
  • vb is proportional to the mutual inductance Mb between the transmitting coil L1 and the receiver coil L4.
  • the transmitter coil L1 is excited by an alternating voltage el or an alternating current it via a resistor R1.
  • (va-vb) / (va + vb) is proportional to (Ma-Mb) / (Ma + Mb) which is a function of the radial distance between the transmitter and the receiver.
  • FIG. 6 there are two aligned emitting coils L1 and L3 in opposite directions and fed by an alternating current so as to overcome the resistor R1.
  • the resistor R1 in FIGS. 5 and 6 is an equivalent resistance taking into account, in particular, connecting cables and / or the excitation coil.
  • the size of the coils is optimized according to the applications.
  • the transmitting coils may advantageously be of larger size than that of the receiver coils as seen in FIG. 7, or conversely as in FIG. 6 for example.
  • This sensor module disposed between two mirror segments M ', M ", comprises an emitter plate T fixed on a side wall 1 of the segment M' and a receiver plate R fixed on a side wall 2 of the segment M", these two plates respectively transmitting and receiving T, R being substantially facing and parallel.
  • the transmitting plate T comprises, on a plane support 3 of small thickness of insulating material, two transmitting coils L1 and L3 of shape square, rectangular circular or other powered by the same current but in opposite directions.
  • the receiving plate R comprises, on a flat support 4 of small thickness of insulating material, two receiving coils L2 and L4 of square shape, rectangular circular or other.
  • the supports 3, 4 may be of dimensionally stable material such as zerodur®, which makes it possible to obtain the required dimensional stability.
  • the supports may also be of flexible material, such as polyimide, bonded to the mirror.
  • the bonding, with a thin resin, makes it possible to very 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 also be made with conventional flexible printed circuit.
  • the sensor module is connected by one or more shielded cables 5 to an electronic processing module 10 installed in a rack 100 which can contain several electronic processing modules and disposed within a container 101.
  • the shielded cable 5 is connected, d on the one hand, to electrical conductors connected to the sensor module by means of a first connector 6 and, on the other hand, to the container 101 by means of a second connector 8 and then to the electronic equipment 10 by means of a third connector 7.
  • 100 also includes a multi-channel acquisition module 102 connected to the various electronic processing modules 10 and to an external link bus 103.
  • Analogue calculation involves the quantity l / (Ma + Mb) which is a function of the axial distance between the transmitter and the receiver. It also involves the calculation of the quantity (Ma-Mb) / (Ma + Mb) which is a function of the radial distance between the transmitter and the receiver.
  • FIG. 8 shows a first example of implementation in which a first calculation channel of the axial DC voltage Va is distinguished and a second calculation channel of the radial DC voltage Vr.
  • the alternating volts va and vb feed a summing amplifier Al generating (va + vb).
  • the adder S3 receives as inputs the signals (va + vb) and the signal ka.Vref.
  • the output of S3 feeds a demodulator D3 followed by an integrator IT3, generating the axial DC voltage Va, in the same way as in FIG. 2.
  • the IT3, by its positive input connected to ground, imposes a zero voltage on the S3 output:
  • Vref.Va. (Ma + Mb) va + vb
  • Vref .Va. (Ma + Mb) + ka.Vref 0
  • Va -ka / (Ma + Mb)
  • Va represents the axial distance by keeping the sum va + vb constant via the multiplier.
  • the summator S4 receives this signal va-vb as well as a signal kr.Vref.Vr, where kr is a known coefficient and Vr is the radial dc voltage.
  • the output of the summator S4 feeds a demodulator D4 followed by an integrator IT4, generating the radial DC voltage Vr.
  • the IT4 by its positive input connected to the mass, imposes a tension null at the exit of S4:
  • FIG. 9 describes a preferred embodiment in which the excitation signal el is no longer controlled by the axial DC voltage Va, but it is kept constant and is equal to the reference voltage Vref.
  • the first axial channel comprises an analog multiplier-adder performing the following operation: (va + vb) .Va + ka.Vref in the same manner as before, the output of m5 feeds a demodulator D5 followed by an integrator IT5, generating the axial DC voltage Va.
  • This multiplier is of analog or digital type.
  • the second radial channel comprises an analog multiplier performing the following operation:
  • Vr Va + vb + (va-vb) in the same manner as before, the output of m6 feeds a demodulator D6 followed by an integrator IT6, generating the radial DC voltage Vr.
  • the IT6, by its positive input connected to ground, imposes a zero voltage at the output of S6:

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Abstract

L'invention concerne un procédé de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport à un second objet tels que des miroirs segmentés d'un télescope géant, dans lequel : - on excite au moins une bobine émettrice, placée sur le premier objet, par un signal d'excitation alternatif, - on détecte au moins une tension alternative va, générée par mutuelle inductance dans au moins une bobine réceptrice placée sur ledit deuxième objet, ladite au moins une bobine réceptrice étant placée dans un champ magnétique créé par ladite au moins une bobine émettrice, et - on détermine le déplacement relatif du premier objet par rapport au second objet à partir de ladite au moins une tension générée sur ladite au moins une bobine réceptrice.

Description

" Procédé de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport à un second objet, par voie inductive."
La présente invention concerne un procédé de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport à un second objet, par voie inductive. Elle vise également un système de mesure sans contact mettant en œuvre un tel procédé, ainsi que l'application de ce procédé au contrôle de position et d'alignement, notamment de miroirs segmentés de télescope.
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. Le document WO 2004/020953 décrit de tels capteurs dans un système de mesure sans contact d'un positionnement relatif de deux objets adjacents. Ce système met en œuvre un calcul de type (CA- CB)/(CA+CB), lorsque CA et CB représentent des capacités constituées par deux électrodes émettrices et deux électrodes réceptrices en situation de désalignement relatif. Cette technologie capacitive est très performante sur le plan métrologique mais peut posséder une sensibilité à la présence de poussière et de condensation. Pour des miroirs de télescope géant dont le diamètre ne dépasse pas 10 m, il est encore possible de limiter le risque de présence de poussière et de condensation. Mais, pour des télescopes de diamètre pouvant atteindre 100 m ("Extra Large Télescope"), la présence de poussière et de condensation sur les capteurs est inévitable. Dans ces conditions la technologie capacitive risque de ne pas répondre convenablement aux spécifications métrologiques nécessaires pour contrôler la position des miroirs segmentés.
La technologie inductive présente l'avantage de ne pas être sensible à ce type de pollution. On connaît le document LJS 48 16 759 décrivant des capteurs inductifs pour mesurer le déplacement relatif de deux miroirs. Des bobines émettrices sont disposées sur le premier miroir. Des bobines réceptrices sont disposées sur le second miroir. La mesure est basée sur le principe de la mesure d'une impédance par courant de Foucault ("eddy current" en langue anglaise). La technique à courant de Foucault est très répandue dans les domaines industriels et laboratoire. Dans ce document US 48 16 759, on utilise deux bobines émettrices excitées par un signal alternatif visant deux bobines réceptrices. Ces dernières sont connectées sur une impédance nulle afin de se comporter comme une cible conductrice. Des courants de Foucault sont générés et, d'après la loi de Lenz, ces courants s'opposent à la cause qui leur a donné naissance. L'induction créée sur les deux bobines émettrices modifie la réluctance de ces bobines. Dans ces conditions l'impédance des bobines émettrices varie avec la distance séparant les bobines émettrices des bobines réceptrices et la différence d'impédance des deux bobines émettrices est sensible au taux de recouvrement des bobines, c'est-à-dire à la position radiale (vertical en Z) entre émetteur et récepteur. La différence d'impédance permet de mesurer la position radiale pour déterminer les TIp-TiIt et Piston.
L'un des inconvénients de ce concept est que la mesure s'effectue en mesurant une impédance d'une bobine au travers d'un câble et qu'il est impossible d'obtenir une bonne stabilité de mesure de position avec la température et dans le temps car toutes les impédances parasites se superposent à la réluctance à mesurer. Les principaux paramètres parasites sont la résistivité des bobines émettrices et réceptrices, la perméabilité des matériaux, l'impédance des câbles de liaison.
La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients de l'art antérieur en proposant un nouveau système inductif de mesure sans contact de déplacement relatif entre deux objets adjacents.
Un autre but de l'invention est de concevoir un système de mesure insensible à la pollution liée à Ia poussière et Ia condensation. La présente invention a encore pour but un système de mesure de grande précision.
On atteint au moins l'un des objectifs précités avec un procédé de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport à un second objet, dans lequel :
- on excite au moins une bobine émettrice, placée sur le premier objet, par un signal d'excitation alternatif,
- on détecte au moins un signal électrique alternatif de sortie, généré par mutuelle inductance dans au moins une bobine réceptrice placé sur ledit deuxième objet, ladite au moins une bobine réceptrice étant placée dans un champ magnétique créé par ladite au moins une bobine émettrice, et
- on détermine le déplacement relatif du premier objet par rapport au second objet à partir dudit au moins un signal électrique alternatif de sortie généré sur ladite au moins une bobine réceptrice. Le signal électrique alternatif de sortie peut être un courant alternatif circulant sur une charge de la bobine réceptrice, ou une tension alternative.
Par bobine ("coil" en langue anglaise), on entend tout circuit apte à émettre et/ou capter ou recevoir un champ électromagnétique.
La tension générée aux bornes de la bobine réceptrice est proportionnelle à la mutuelle inductance qui est fonction de la distance entre la bobine émettrice et la bobine réceptrice.
Avec le procédé selon l'invention, on utilise la mutuelle inductance entre les bobines émettrices et réceptrices. On mesure les tensions générées par les bobines réceptrices par effet transformateur. A l'opposé, dans l'art antérieur, notamment dans le document US 48 16 759, on mesure la phase du signal d'excitation appliqué aux bobines émettrices. Dans l'art antérieur, la mesure se fait du côté émetteur, et le récepteur se termine par une impédance nulle. Au contraire, dans la présente invention, on détecte la tension aux bornes du récepteur, donc avec une impédance quasi infinie. En d'autres termes, le capteur est constitué d'un émetteur et d'un récepteur montés face à face pour mesurer la position axiale en "y" (entrefer ou gap pour calculer le "GRoC") et radiale en "z" pour mesurer les Tip-Tilt et Piston. Le concept est basé sur le principe de la mutuelle inductance entre deux bobines placées face à face. La bobine émettrice est excitée par une tension ou un courant alternatif et au travers de l'air, induit un champ dans la bobine réceptrice. Une tension électrique alternative apparaît aux bornes de la bobine réceptrice proportionnelle à la mutuelle inductance. Cette mutuelle est liée à la distance absolue séparant les deux bobines et à leur taux de recouvrement de surface. Dans ces conditions, le phénomène est proche du phénomène capacitif décrit dans le document WO 2004/020953. Le signal de sortie est très peut sensible aux impédances parasites constituant le capteur car la mesure est similaire à celle d'un transformateur dont le circuit magnétique est l'air. En effet, dans la présente invention, ladite au moins une bobine émettrice et ladite au moins une bobine réceptrice constituent un transformateur. Idéalement, il s'agit d'un transformateur sans noyau.
Suivant un mode de réalisation, on détermine un déplacement axial par mesure d'une tension continue axiale Va proportionnelle à une fonction monotone, telle que la fonction inverse, de la mutuelle inductance M entre une bobine émettrice et une bobine réceptrice. Suivant un autre mode de réalisation particulier de l'invention, on utilise au moins deux bobines réceptrices générant respectivement une tension alternative va proportionnelle à la mutuelle inductance Ma entre une première bobine réceptrice et ladite au moins une bobine émettrice, et une tension alternative vb proportionnelle à la mutuelle inductance Mb entre une seconde bobine réceptrice et ladite au moins une bobine émettrice.
Par axial on entend l'écartement entre les deux objets, et par radial le désalignement entre les deux objets.
En référence notamment au document WO 2004/020953, en remplaçant les électrodes capacitives par des bobines et les capacités créées par des mutuelles inductances "M", on montre que la position axiale est liée à la formule l/(Ma+Mb) et la position radiale par (Ma-Mb)/(Ma+Mb),
Ainsi, selon l'invention, on détermine un déplacement radial par mesure d'une tension continue radiale Vr proportionnelle à la relation (Ma- Mb).f(Ma+Mb); (Ma-Mb) étant la différence des mutuelles inductances Ma et Mb, f(Ma+Mb) étant une fonction monotone, telle que la fonction inverse, de la somme (Ma+Mb) des mutuelles inductances Ma et Mb; Ma étant la mutuelle inductance entre la bobine émettrice et une première bobine réceptrice, Mb étant la mutuelle inductance entre la bobine émettrice et une seconde bobine réceptrice. Par ailleurs, on détermine un déplacement axial par mesure d'une tension continue axiale Va proportionnelle à une fonction monotone, telle que la fonction inverse, de la somme des mutuelles inductances Ma et Mb. Les calculs peuvent être réalisés par électronique à l'aide d'opérateurs analogiques tels que des multiplieurs soit en asservissant l'excitation, soit en asservissant les signaux prélevés à la réception. Dans l'asservissement de l'excitation, l'amplitude du signal d'excitation de la bobine émettrice peut être asservie à la tension continue axiale Va. Autrement, dans l'asservissement des signaux à la réception, on peut maintenir l'amplitude du signal d'excitation constante, et pour mesurer le déplacement relatif, des moyens de calcul de la tension continue Va sont asservis à cette tension continue axiale Va.
Selon un mode de réalisation particulier de l'invention, on utilise deux bobines émettrices et au moins une bobine réceptrice. Pour une position donnée des bobines, on détermine en sortie de la bobine réceptrice une tension d'équilibrage d'inductance, et on asservit le positionnement radial des deux objets à ladite tension d'équilibrage. De préférence, cette tension d'équilibrage est nulle et on excite les deux bobines par deux signaux d'excitation opposés. Ce mode permet de réaliser un contrôle de positionnement radia! : on étalonne le dispositif émetteur-récepteur pour un positionnement donné, puis chaque désalignement est détecté et résorbé par un réalignement d'un objet par rapport à l'autre.
De préférence, ladite au moins une bobine émettrice est disposée face aux bobines réceptrices. En particulier, Ia surface globale présentée par les bobines émettrices est inférieure à la surface globale présentée par les bobines réceptrices. Selon l'invention, la bobine émettrice et les bobines réceptrices peuvent être des bobines différentielles. Elles peuvent présenter une forme rectangulaire, carrée, circulaire ou autre, et être de type plate ou planaire.
On peut les réaliser sous forme de spires déposées directement sur les objets. On peut aussi réaliser les bobines sous forme de spires déposées sur des circuits flexibles ou rigides, ces circuits étant disposés sur les objets ou miroirs. Plus précisément, ces circuits flexibles sont des circuits imprimés flexibles dont une face comporte des spires métalliques comme du cuivre, en spirale notamment. Pour améliorer la stabilité dimensionnelle des bobines, on peut coller directement la face côté spires sur le côté des miroirs. Le très faible coefficient de dilatation thermique des miroirs réduit fortement la déformation des circuits flexibles.
Selon un mode de réalisation, les bobines sont déposées sur un matériau présentant un très faible coefficient de dilation thermique afin de réduire fortement la déformation de ces bobines déposées. A titre d'exemple non limitatif, on peut avantageusement déposer les pistes conductrices d'électricité constituant les bobines directement sur un support stable tel que le support zerodur® qui présente un coefficient de dilatation thermique inférieur à 0,1 ppm/°C. Par contre, le coefficient de dilatation thermique d'un circuit imprimé flexible en polyimide est d'environ 20 ppm/°C et celui du cuivre (métal constituant les spires d'une bobine) environ 18ppm/°C. Il est possible de réduire d'un facteur d'environ dix ce coefficient de dilatation thermique d'un circuit imprimé flexible en polyimide si on colle ce circuit directement sur un support en zerodur®. Selon une caractéristique de l'invention, le signal d'excitation alternatif est une tension alternative ou un courant alternatif, ce dernier permettant notamment de s'affranchir de perturbations dues à des résistances parasites. En particulier, les bobines émettrice et réceptrice sont respectivement disposées sur deux faces latérales adjacentes de deux miroirs d'un télescope. Suivant un autre aspect de l'invention, il est proposé un système de mesure de déplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport à un second objet, mettant en œuvre un procédé tel que décrit précédemment. Ce système comprend :
- au moins une bobine émettrice placée sur ledit premier objet, - au moins une bobine réceptrice placée sur ledit second objet,
- des moyens d'excitation de ladite au moins une bobine émettrice en signal d'excitation alternatif, et
- des moyens de traitement pour récupérer au moins un signal électrique alternatif de sortie, généré par mutuelle inductance dans ladite au moins une bobine réceptrice, et pour déterminer le déplacement relatif du premier objet par rapport au second objet à partir dudit signal électrique alternatif de sortie généré sur la bobine réceptrice. Selon un mode de réalisation, le système peut comprendre une bobine émettrice et une bobine réceptrice pour mesurer un déplacement axial des objets par détermination d'une tension axiale Va proportionnelle à une fonction monotone, telle que la fonction inverse, de la mutuelle inductance entre les deux bobines.
Selon un autre mode de réalisation, le système peut comprendre deux bobines émettrices alimentées par deux signaux d'excitation opposés de façon à réaliser du contrôle de positionnement radial. On peut aussi réaliser une mesure de positionnement radial.
Selon un autre mode de réalisation, l'émetteur du capteur inductif réalisé peut comprendre deux bobines émettrices alimentées en série par un même courant alternatif afin d'obtenir un maximum de linéarité et de stabilité. Et le récepteur peut être constitué de deux bobines dont le montage en série donne la somme des deux mutuelles inductances et le montage en différentiel donne la différence des deux mutuelles inductances.
L'électronique ou moyens de traitement pour calculer des tensions représentatives des déplacements radial et axial peut être réalisé de différentes manières.
Selon une caractéristique avantageuse de l'invention, les moyens de traitement comprennent des moyens de calcul pour déterminer une tension continue Vr représentant un déplacement radial, Vr étant proportionnelle à la relation (Ma-Mb). f(Ma+Mb); (Ma-Mb) étant la différence des mutuelles inductances Ma et Mb, f(Ma+Mb) étant une fonction monotone, telle que la fonction inverse, de la somme (Ma+Mb) des mutuelles inductances Ma et Mb. Dans ce cas, les moyens de calcul peuvent comprendre :
- un sommateur pour sommer la différence des tensions alternatives va- vb des deux bobines réceptrices avec un signal de contre-réaction,
- un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit sommateur, un intégrateur pour générer la tension continue radiale Vr à partir du signal issu du démodulateur, et
- un multiplieur alimenté par la tension continue radiale Vr et une tension de référence Vref pour générer ledit signal de contre-réaction; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de la tension continue radiale Vr pour laquelle la sortie dudit sommateur est nulle. De manière plus précise, l'intégrateur peut être remplacé par un correcteur de type Proportionnelle-Intégrale-Dérivée, dit PID. Autrement, toujours pour déterminer la tension continue Vr, les moyens de calcul peuvent comprendre :
- un multiplieur-sommateur pour sommer la différence va-vb des tensions générées par les bobines réceptrices avec un signal de contre réaction multiplié par la somme va+vb des tensions générées par les bobines réceptrices,
- un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit multiplieur, et
- un intégrateur pour générer la tension continue radiale Vr à partir du signal issu du démodulateur, ledit signal de contre réaction étant la tension continue radiale Vr; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de la tension continue radiale Vr pour laquelle la sortie dudit multiplieur est nulle.
De même, les moyens de traitement comprennent des moyens de calcul pour déterminer une tension continue axiale Va représentant un déplacement axial et qui est proportionnelle à une fonction monotone, telle que la fonction inverse, de la somme des mutuelles inductances Ma et Mb. Dans ce cas, pour calculer la tension continue Va et réaliser un asservissement sur le signal d'excitation, les moyens de calcul peuvent comprendre: - un sommateur pour sommer Ia somme des tensions alternatives va+vb des deux bobines réceptrices avec une tension de référence Vref, un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit sommateur,
- un intégrateur pour générer la tension continue axiale Va à partir du signal issu du démodulateur, et un multiplieur alimenté par la tension continue axiale Va et la tension de référence Vref de façon à générer ledit signal d'excitation; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de Va pour laquelle la sortie dudit sommateur est nulle. Autrement, toujours pour calculer la tension continue Va et pour réaliser par contre un asservissement sur les tensions générées, les moyens de calcul peuvent comprendre :
- un multiplieur-sommateur pour sommer une tension de référence Vref avec un signal de contre réaction multiplié par la somme va+vb des tensions générées par les bobines réceptrices, un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit multiplieur, et un intégrateur pour générer la tension continue axiale Va à partir du signal issu du démodulateur, le signal de contre réaction étant la tension continue axiale Va; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de la tension continue axiale Va pour laquelle la sortie dudit multiplieur est nulle.
En particulier, la tension de référence Vref peut être multipliée par un coefficient, kr pour le calcul de la tension continue radiale Vr, et ka pour le calcul de la tension continue axiale Va. A titre d'exemple, les moyens de traitement comprennent un amplificateur sommateur apte à réaliser la somme va+vb de tensions générées par les bobines réceptrices, et un amplificateur différentiel apte à réaliser la différence va-vb de tensions générées par les bobines réceptrices.
A titre d'exemple non limitatif, on applique le procédé décrit ci-dessus pour le contrôle de position et de l'alignement des miroirs segmentés pour télescope.
Par cette application, le système décrit peut être appliqué pour la mesure de la position relative entre deux segments de miroirs adjacents. Des plaques respectivement émettrice et réceptrice peuvent être 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. Le système de mesure sans contact est de préférence mis en œuvre pour le contrôle de position (Tilt, Tip, piston et rayon de courbure global du miroir
(GROC)) de segments de miroir, dans le domaine des télescopes de grande taille à miroirs segmentés notamment.
En complément, la fonction monotone, que l'on peut noter f(x) est donc de préférence une fonction inverse telle que f(x)=l/x, mais elle peut aussi être du type f(x) = l/xn, ou toute autre forme plus ou moins complexe permettant d'obtenir un signal continue proportionnel au déplacement ou position axiale. La puissance "n" peut dépendre de plusieurs paramètres comme par exemple la taille et la forme des bobines et n'est pas forcément un entier.
D'une façon générale, le système selon l'invention peut être utilisé pour toute autre mesure sans contact compatible, en particulier pour une mesure sans contact de position et de déplacement uni-axe ou deux axes. 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 est un schéma simplifié illustrant le principe de base du procédé selon la présente invention;
- La figure 2 est un schéma électronique de calcul analogique de déplacement axial avec un asservissement du signal d'excitation;
La figure 3 est un schéma électronique d'un autre exemple de calcul analogique de déplacement axial sans asservissement du signal d'excitation;
- La figure 4 est un exemple de réalisation de contrôle ou de mesure de position radiale;
La figure 5 est un exemple de réalisation préférentielle avec une bobine à l'émission et deux bobine à la réception; - La figure 6 est un schéma simplifié d'un mode de réalisation comprenant deux bobines à l'émission et deux bobines à la réception;
- La figure 7 est une vue d'ensemble du système selon l'invention associé à des segments de miroirs pour télescope géant;
- La figure 8 est un schéma électronique d'un calcul analogique avec asservissement du signal d'excitation;
- La figure 9 est un schéma électronique d'un autre calcul analogique avec un signal d'excitation constant; et
- La figure 10 est un schéma simplifié illustrant le principe de calcul du multiplieur-sommateur utilisé sur les figures 8 et 9. Sur la figure 1 on voit un premier mode de réalisation illustrant le principe de la présente invention qui est basé sur un transformateur sans noyau. Le primaire est constitué par la bobine Ll qui est l'émettrice alors que le secondaire est la bobine L2 en tant que réceptrice. L'ensemble constitue un capteur de bord utilisé et intégré dans un système selon la présente invention. En fait l'émettrice Ll est disposée sur un premier objet face à la réceptrice L2 disposée sur un second objet. La bobine émettrice Ll est excitée par une tension alternative el ou un courant alternatif il de façon à créer un champ magnétique. Par effet transformateur, il se crée une tension alternative va aux bornes de la bobine réceptrice L2 telle que : Va = Ma.el avec Ma la mutuelle inductance entre les deux bobines Ll et L2. Sachant que la mutuelle inductance est inversement proportionnelle à Pécartement entre les deux bobines, on peut donc déterminer par calcul analogique notamment, le déplacement axial relatif des deux bobines. Ainsi, à partir de la tension alternative va aux bornes de la bobine réceptrice L2, on cherche à obtenir une tension continue Va du type :
Va = α/Ma avec α un coefficient connu.
On utilise alors le dispositif de calcul analogique tel que décrit sur la figure 2. La tension alternative va alimente un sommateur Sl. Ce dernier reçoit également une valeur ka.Vref où ka est un coefficient connu et Vref une tension de référence. La sortie du sommateur Sl alimente un démodulateur Dl qui est ensuite connecté, via une résistance, à un intégrateur ITl. La sortie du intégrateur ITl est la tension continue Va. Cette sortie alimente un multiplieur ml de façon à être multipliée par la tension de référence Vref et générer le signal d'excitation el (ou il).
En particulier, l'entrée positive de cet intégrateur ITl est reliée à la masse, ce qui contraint l'entrée négative à se maintenir à une tension nulle. Ainsi la sortie du sommateur Sl est également contraint à une tension nulle. Le dispositif aboutit aux équations suivantes :
Sur Sl ; Sortie Sl = O volt
Sur Sl : va + ka.Vref = 0 volt
Sur ml : el = Va.Vref
Par conséquent, avec va = Ma.el, orv obtient : Va.Vref. Ma + ka.Vref = 0
Soit : Va = -ka/Ma
L'homme du métier comprendra aisément qu'il est possible de réaliser le processus à partir d'un courant ia généré en sortie.
Le dispositif ainsi décrit comporte un asservissement du signal d'excitation el par la tension continue axiale Va. Ce mode de réalisation peut présenter un inconvénient lorsqu'il y a plusieurs autres capteurs de bord à proximité. En effet, la modulation en amplitude du signal d'excitation el peut alors constituer un émetteur variable pour ces capteurs voisins et ainsi créer de la diaphonie. Pour réduire ce problème, on prévoit de maintenir l'excitation constante et de traiter uniquement les signaux à la réception. La figure 3 illustre ce second mode de réalisation dans lequel la tension alternative va alimente un multiplieur m2 qui reçoit également le signal ka.Vref ainsi que la tension continue Va. Ce multiplieur m2 réalise l'opération suivante : va. Va + ka.Vref
La sortie du multiplieur m2 alimente un démodulateur D2 connecté à un intégrateur IT2 via une résistance de la même manière que sur la figure 2. La tension de sortie du IT2 est la tension continue axiale Va. Comme le IT2 impose une tension nulle aux bornes du démodulateur et donc à la sortie du multiplieur m2, on obtient : va. Va + ka.Vref = 0
Par ailleurs, le signal d'excitation el (ou il) est proportionnel à la tension de référence Vref, Soit, va = Ma. Vref On obtient finalement :
(Ma.Vref).Va + ka.Vref = 0 soit, Va = -ka/Ma
sur la figure 4, on voit un mode de réalisation dans lequel on souhaite réaliser du contrôle de position radiale. Pour ce faire, on utilise deux bobines Ll et L3 à l'émission, respectivement excitées par el et e2, et une bobine L2 à la réception générant va. La mutuelle inductance entre la bobine Ll et la bobine L2 est Ml. La mutuelle inductance entre la bobine L3 et la bobine L2 est M2.
Les deux tensions d'excitation sont opposées, el est positive alors que e2 est négative. Le dispositif fonctionne de la manière suivante. D'abord, pour une position donnée de L2, par exemple à égale distance des deux bobines Ll et L3, on ajuste el et e2 pour que va soit nulle. Pour une position axiale (écartement) constante notamment, il est alors possible de contrôler la position de la bobine réceptrice L2 par rapport à une plaque émettrice portant les deux bobines émettrices Ll et L3. Les calculs sont réalisés selon le même principe que sur les figures 2 et 3 avec : va = Ml. el - M2.e2
Sur la figure 5, on voit un autre mode de réalisation dans lequel on désire réaliser une mesure sans contact de déplacement ou de position axiale et radiale. Cette figure 5 illustre le principe de ce mode de réalisation alors que la figure 6 illustre une variante de réalisation préférée. Sur le principe, on dispose deux bobines réceptrices L2 et L4 générant deux tensions alternatives va et vb. va est proportionnelle à la mutuelle inductance Ma entre la bobine émettrice Ll et la bobine réceptrice L2. vb est proportionnelle à la mutuelle inductance Mb entre la bobine émettrice Ll et la bobine réceptrice L4. La bobine émettrice Ll est excitée par une tension alternative el ou un courant alternatif il via une résistance Rl. On sait que (va-vb)/(va+vb) est proportionnel à (Ma-Mb)/(Ma+Mb) qui est fonction de la distance radiale entre l'émetteur et le récepteur.
De préférence, comme on le voit sur la figure 6, on dispose plutôt deux bobines émettrices alignées Ll et L3, en sens opposé et alimentées par un courant alternatif il de façon à s'affranchir de la résistance Rl. La résistance Rl sur les figures 5 et 6 est une résistance équivalente tenant compte notamment de câbles de liaison et/ou de la bobine d'excitation. Par ailleurs, la taille des bobines est optimisée en fonction des applications. Les bobines émettrices peuvent avantageusement être de taille supérieure à celle des bobines réceptrices comme on le voit sur la figure 7, ou inversement comme sur la figure 6 par exemple.
On va maintenant décrire, en référence à la figure 7, 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, disposé entre deux segments de miroir M', M", comprend une plaque émettrice T fixée sur une paroi latérale 1 du segment M' et une plaque réceptrice R fixée sur une paroi latérale 2 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 3 de faible épaisseur en matériau isolant, deux bobines émettrices Ll et L3 de forme carrée, rectangulaire circulaire ou autre alimentées par un même courant mais en sens opposé.
La plaque réceptrice R comprend, sur un support plan 4 de faible épaisseur en matériau isolant, deux bobines réceptrices L2 et L4 de forme carrée, rectangulaire circulaire ou autre.
A titre d'exemple non limitatif, les supports 3, 4 peuvent être en matériau stable dimensionnellement comme du zerodur®, ce qui permet d'obtenir la stabilité dimensionnelle requise.
Dans une mise en œuvre particulière, 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, également 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 mutuelle inductance entre les bobines Ll, L3 et la bobine L2, une seconde mutuelle inductance entre les bobines Ll, L3 et la bobine L4.
Le module capteur est relié par un ou plusieurs câbles blindés 5 à un module de traitement électronique 10 installé dans un rack 100 qui peut contenir plusieurs modules de traitement électronique et disposé au sein d'un conteneur 101. Le câble blindé 5 est relié, d'une part, à des conducteurs électriques reliés au module capteur au moyen d'un premier connecteur 6 et d'autre part, au conteneur 101 au moyen d'un second connecteur 8 puis à l'équipement électronique 10 au moyen d'un troisième connecteur 7. Le rack
100 inclut aussi un module d'acquisition multi-canaux 102 connecté aux différents modules de traitement électronique 10 et à un bus de liaison extérieure 103.
L'agencement du module capteur 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. Le calcul analogique fait intervenir la quantité l/(Ma+Mb) qui est fonction de la distance axiale entre l'émetteur et le récepteur. Il fait également intervenir le calcul de la quantité (Ma-Mb)/(Ma+Mb) qui est fonction de la distance radiale entre l'émetteur et le récepteur. Sur la figure 8, on voit un premier exemple d'implémentation dans lequel on distingue une première voie de calcul de la tension continue axiale Va et une seconde voie de calcul de la tension continue radiale Vr. Pour la première voie, les tensions alternatives va et vb alimentent un amplificateur sommateur Al générant (va+vb). Le sommateur S3 reçoit en entrées les signaux (va+vb) et le signal ka.Vref. La sortie de S3 alimente un démodulateur D3 suivi d'un intégrateur IT3, générant la tension continue axiale Va, de la même manière que sur la figure 2. Le IT3, par son entrée positive reliée à la masse, impose une tension nulle à la sortie de S3 :
(va+vb) + ka.Vref = 0 Par ailleurs, La tension continue axiale Va alimente ou pilote un multiplieur m3 qui reçoit également le signal Vref de façon à générer la tension d'excitation el ou le courant d'excitation il. Ainsi, avec el.(Ma+Mb) = va + vb :
Vref.Va.(Ma+Mb) = va+vb
Soit, à partir de la sortie de S3 :
Vref .Va. (Ma+ Mb) + ka.Vref = 0 Soit Va = -ka/(Ma+Mb)
Va représente la distance axiale en maintenant constant la somme va+vb via le multiplieur.
Sur la seconde voie de calcul radial, on distingue un amplificateur différentiel A2 générant va-vb. Le sommateur S4 reçoit ce signal va-vb ainsi qu'un signal kr.Vref.Vr, où kr est un coefficient connu et Vr la tension continue radiale. La sortie du sommateur S4 alimente un démodulateur D4 suivi d'un intégrateur IT4, générant la tension continue radiale Vr. Le IT4, par son entrée positive reliée à la masse, impose une tension nulle à la sortie de S4 :
(va-vb) + kr.Vref.Vr = 0 Par ailleurs, sachant que el. (Ma-Mb) = va-vb : Vref. Va. (Ma-Mb) = va-vb
Soit, à partir de la sortie de S4 :
Vref. Va. (Ma-Mb) + kr.Vref.Vr ≈ 0 Sachant que Va = -ka/(Ma-f-Mb), on obtient : Vr = (ka/kr).(Ma-Mb)/(Ma+Mb)
La figure 9 décrit un mode préféré de réalisation dans lequel le signal d'excitation el n'est plus asservi à la tension continue axiale Va, mais elle est maintenue constante et est égale à la tension de référence Vref. La première voie axiale comporte un multiplieur-sommateur analogique effectuant l'opération suivante : (va+vb).Va + ka.Vref de la même manière que précédemment, la sortie de m5 alimente un démodulateur D5 suivi d'un intégrateur IT5, générant la tension continue axiale Va. Le multiplieur m5, comme les multiplieurs m3, m4 et m6 décrits sur les figures 8 et 9, est un multiplieur-sommateur fonctionnant de la manière illustrée sur la figure 10. Ce multiplieur comporte trois entrées X, Y représentées sur les entrées latérales, et Z représentée face à la sortie W. La sortie W est donnée par W=XY + Z. Ce multiplieur est de type analogique ou numérique.
Ensuite, sur la figure 9, le IT5, par son entrée positive reliée à la masse, impose une tension nulle à la sortie de S5 :
(va+vb).Va + ka.Vref = 0 avec Vref.(Ma+Mb) = va+vb, on obtient : Va = -ka/(Ma+Mb)
La seconde voie radiale comporte un multiplieur analogique effectuant l'opération suivante :
Vr.(va+vb) + (va-vb) de la même manière que précédemment, la sortie de m6 alimente un démodulateur D6 suivi d'un intégrateur IT6, générant la tension continue radiale Vr. Le IT6, par son entrée positive reliée à Ia masse, impose une tension nulle à la sortie de S6 :
Vr. (va+vb) + (va-vb) = 0 - avec Vref.(Ma-Mb) = va-vb et Vref.(Ma+Mb) =• va+vb, on obtient : Vr = -(Ma-Mb)/(Ma+Mb)
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.

Claims

REVENDICATIONS
1. Procédé de mesure sans contact d'un déplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet (M') par rapport à un second objet (M"), dans lequel : on excite au moins une bobine émettrice (Ll), placée sur le premier objet, par un signal d'excitation alternatif, on détecte au moins un signal électrique alternatif de sortie (va; ia), généré par mutuelle inductance dans au moins une bobine réceptrice (L2) placé sur ledit deuxième objet, ladite au moins une bobine réceptrice étant placée dans un champ magnétique créé par ladite au moins une bobine émettrice, et on détermine le déplacement relatif du premier objet par rapport au second objet à partir dudit au moins un signal électrique alternatif de sortie généré sur ladite au moins une bobine réceptrice.
2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite au moins une bobine émettrice et ladite au moins une bobine réceptrice constituent un transformateur.
3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on détermine un déplacement axial par mesure d'une tension continue axiale Va proportionnelle à une fonction monotone de la mutuelle inductance M entre une bobine émettrice et une bobine réceptrice.
4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise au moins deux bobines réceptrices générant respectivement une tension alternative va proportionnelle à la mutuelle inductance Ma entre une première bobine réceptrice et ladite au moins une bobine émettrice, et une tension alternative vb proportionnelle à la mutuelle inductance Mb entre une seconde bobine réceptrice et ladite au moins une bobine émettrice.
5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'on détermine un déplacement radial par mesure d'une tension continue radiale Vr proportionnelie à la relation (Ma-Mb). f(Ma+Mb); (Ma-Mb) étant la différence des mutuelles inductances Ma et Mb, f(Ma+Mb) étant une fonction monotone de la somme (Ma+Mb) des mutuelles inductances Ma et Mb; Ma étant la mutuelle inductance entre ladite au moins une bobine émettrice et une première bobine réceptrice, Mb étant la mutuelle inductance entre ladite au moins une bobine émettrice et une seconde bobine réceptrice.
6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 4 ou 5, caractérisé en ce qu'on détermine un déplacement axial par mesure d'une tension continue axiale Va proportionnelle à une fonction monotone de la somme des mutuelles inductances Ma et Mb, Ma étant la mutuelle inductance entre ladite au moins une bobine émettrice et une première bobine réceptrice, Mb étant la mutuelle inductance entre la bobine émettrice et une seconde bobine réceptrice.
7. Procédé selon la revendication 3, 5 ou 6, caractérisé en ce que ladite fonction monotone consiste en une fonction inverse.
8. Procédé selon la revendication 3 ou 6, caractérisé en ce que l'amplitude du signal d'excitation de ladite au moins une bobine émettrice est asservie à la tension continue axiale Va.
9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'on maintient l'amplitude du signal d'excitation constante; et pour mesurer le déplacement relatif, des moyens de calcul de la tension continue Va sont asservis à cette tension continue axiale Va.
10. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'on utilise deux bobines émettrices et au moins une bobine réceptrice; pour une position donnée des bobines, on détermine en sortie de la bobine réceptrice une tension d'équilibrage d'inductance, et on asservit le positionnement radial des deux objets à ladite tension d'équilibrage.
11. Procédé selon Ia revendication 10, caractérisé en ce que la tension d'équilibrage est nulle.
12. Procédé selon la revendication 10 ou 11, caractérisé en ce qu'on excite les deux bobines par deux signaux d'excitation opposés.
13. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite au moins une bobine émettrice est disposée face aux bobines réceptrices.
14. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on utilise des bobines différentielles.
15. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines présentent une forme rectangulaire, carrée ou circulaire.
16. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines sont dites plates ou planaires.
17. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on réalise les bobines sous forme de spires déposées directement sur lesdits objets.
18. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 16, caractérisé en ce qu'on réalise les bobines sous forme de spires déposées sur des circuits flexibles, ces circuits flexibles étant disposés sur lesdits objets.
19. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines sont déposées sur un matériau présentant un très faible coefficient dilatation thermique afin de réduire fortement la déformation de ces bobines déposées.
20. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit signal d'excitation alternatif est une tension alternative.
21, Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 19, caractérisé en ce que ledit signal d'excitation alternatif est un courant alternatif.
22. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que ledit signal électrique alternatif de sortie est une tension alternative.
23. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 21, caractérisé en ce que ledit signal électrique alternatif de sortie est un courant alternatif.
24. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les bobines émettrice et réceptrice sont respectivement disposées sur deux faces latérales adjacentes de deux miroirs d'un télescope.
25. Système de mesure de déplacement relatif ou d'un positionnement relatif d'un premier objet par rapport à un second objet, mettant en œuvre un procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, ce dispositif comprenant : au moins une bobine émettrice placée sur ledit premier objet, - au moins une bobine réceptrice placée sur ledit second objet, des moyens d'excitation de ladite au moins une bobine émettrice en signal d'excitation alternatif, et - des moyens de traitement pour récupérer au moins un signal électrique alternatif de sortie(va; ia), généré par mutuelle inductance dans ladite au moins une bobine réceptrice, et pour déterminer le déplacement relatif du premier objet par rapport au second objet à partir dudit signal électrique alternatif de sortie généré sur la bobine réceptrice.
26. Système selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend une bobine émettrice et une bobine réceptrice pour mesurer un déplacement axial des objets par détermination d'une tension axiale Va proportionnelle à une fonction monotone de la mutuelle inductance entre les deux bobines.
27. Système selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend deux bobines émettrices alimentées par deux signaux d'excitation opposés de façon à réaliser du contrôle de positionnement radial.
28. Système selon la revendication 25, caractérisé en ce qu'il comprend deux bobines émettrices alimentées en série par un même courant alternatif.
29. Système selon l'une quelconque des revendications 25 à 28, caractérisé en ce qu'il comprend deux bobines réceptrices montées en série de façon à déterminer la somme des deux mutuelles inductances entre chaque bobine réceptrice et ladite au moins une bobine émettrice.
30. Système selon l'une quelconque des revendications 25 à 28, caractérisé en ce qu'il comprend deux bobines réceptrices montées en différentiel de façon à déterminer la différence des deux mutuelles inductances entre chaque bobine réceptrice et ladite au moins une bobine émettrice.
31. Système selon l'une quelconque des revendications 25 à 30, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens de calcul pour déterminer une tension continue Vr représentant un déplacement radial et qui est proportionnelle à la relation (Ma-Mb). f(Ma+Mb); (Ma-Mb) étant Ia différence des mutuelles inductances Ma et Mb, f(Ma+Mb) étant une fonction monotone de la somme (Ma+Mb) des mutuelles inductances Ma et Mb; Ma étant la mutuelle inductance entre la bobine émettrice et une première bobine réceptrice, Mb étant la mutuelle inductance entre la bobine émettrice et une seconde bobine réceptrice.
32. Système selon la revendication 31, caractérisé en ce que les moyens de calcul comprennent : un sommateur pour sommer la différence des tensions alternatives va-vb des deux bobines réceptrices avec un signal de contre-réaction, - un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit sommateur, - un intégrateur pour générer la tension continue radiale Vr à partir du signal issu du démodulateur, et
- un multiplieur alimenté par la tension continue radiale Vr et une tension de référence Vref pour générer ledit signal de contre-réaction; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de la tension continue radiale Vr pour laquelle la sortie dudit multiplieur est nulle.
33. Système selon la revendication 31, caractérisé en ce que les moyens de calcul comprennent : - un multiplieur-sommateur pour sommer la différence va-vb des tensions générées par les bobines réceptrices avec un signal de contre réaction multiplié par la somme va+vb des tensions générées par les bobines réceptrices,
- un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit multiplieur, et - un intégrateur pour générer la tension continue radiale Vr à partir du signal issu du démodulateur, ledit signal de contre réaction étant la tension continue radiale Vr; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de la tension continue radiale Vr pour laquelle la sortie dudit multiplieur est nulle.
34. Système selon l'une quelconque des revendications 25 à 33, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent des moyens de calcul pour déterminer une tension continue axiale Va représentant un déplacement axial et qui est proportionnelle à une fonction monotone de la somme des mutuelles inductances Ma et Mb, Ma étant la mutuelle inductance entre la bobine émettrice et une première bobine réceptrice, Mb étant la mutuelle inductance entre la bobine émettrice et une seconde bobine réceptrice.
35. Système selon la revendication 26, 31 ou 34, caractérisé en ce que ladite fonction monotone consiste en une fonction inverse.
36. Système selon la revendication 34 ou 35, caractérisé en ce que les moyens de calcul comprennent : - un sommateur pour sommer la somme des tensions alternatives va+vb des deux bobines réceptrices avec une tension de référence Vref,
- un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit sommateur,
- un intégrateur pour générer la tension continue axiale Va à partir du signal issu du démodulateur, et
- un multipiieur alimenté par la tension continue axiale Va et la tension de référence Vref de façon à générer ledit signal d'excitation; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de Va pour laquelle la sortie dudit sommateur est nulle.
37. Système selon la revendication 34, caractérisé en ce que les moyens de calcul comprennent :
- un multiplieur-sommateur pour sommer une tension de référence Vref avec un signal de contre réaction multiplié par la somme va+vb des tensions générées par les bobines réceptrices,
- un démodulateur pour démoduler le signal issu dudit multipiieur, et un intégrateur pour générer la tension continue axiale Va à partir du signa] issu du démodulateur, le signal de contre réaction étant la tension continue axiale Va; le déplacement relatif étant fonction de la valeur de la tension continue axiale Va pour laquelle la sortie dudit multipiieur est nulle.
38. Système selon la revendication 32, 36 ou 37, caractérisé en ce que, pour tout calcul, la tension de référence Vref est multipliée par un coefficient (kr, ka).
39. Système selon l'une quelconque des revendications 25 à 38, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent un amplificateur sommateur apte à réaliser la somme va+vb de tensions générées par les bobines réceptrices.
40. Système selon l'une quelconque des revendications 25 à 39, caractérisé en ce que les moyens de traitement comprennent un amplificateur différentiel apte à réaliser la différence va-vb de tensions générées par les bobines réceptrices.
41. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24 pour le contrôle de position des miroirs segmentés pour télescope.
42. Application du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 24 pour le contrôle de l'alignement des miroirs segmentés pour télescope.
43. Application du système de mesure sans contact selon l'une des revendications 25 à 42, pour la mesure de la position relative entre deux segments de miroirs adjacents.
44. Application selon la revendication 43, dans laquelle des 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.
45. Application selon la revendication 44, dans laquelle le système de mesure sans contact selon Tune des revendications 25 à 42 est mis en œuvre pour le contrôle de position (Tilt, Tip, piston et rayon de courbure global du miroir (GROC)) de segments de miroir.
46. Application selon l'une des revendications 43 à 45, dans le domaine des télescopes de grande taille à miroirs segmentés.
47. Application du système de mesure sans contact selon l'une des revendications 25 à 42, pour la mesure sans contact de position et de déplacement uni-axe ou deux axes. .
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