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EP4413321A1 - Dispositif de mesure d'une position lineaire - Google Patents

Dispositif de mesure d'une position lineaire

Info

Publication number
EP4413321A1
EP4413321A1 EP22800230.9A EP22800230A EP4413321A1 EP 4413321 A1 EP4413321 A1 EP 4413321A1 EP 22800230 A EP22800230 A EP 22800230A EP 4413321 A1 EP4413321 A1 EP 4413321A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
rod
measuring device
sensor
armature
armature element
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22800230.9A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Blaise LAPÔTRE
Rémy HOFF
Thibaut NESTORET
Arnaud Gapin
Emmanuel Couturier
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Electronics and Defense SAS
Safran Landing Systems SAS
Original Assignee
Safran Electronics and Defense SAS
Safran Landing Systems SAS
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Safran Electronics and Defense SAS, Safran Landing Systems SAS filed Critical Safran Electronics and Defense SAS
Publication of EP4413321A1 publication Critical patent/EP4413321A1/fr
Pending legal-status Critical Current

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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
    • G01D5/142—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 using Hall-effect devices
    • G01D5/147—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 using Hall-effect devices influenced by the movement of a third element, the position of Hall device and the source of magnetic field being fixed in respect to each other
    • 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
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    • G01D5/145—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 using Hall-effect devices influenced by the relative movement between the Hall device and magnetic fields
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B60—VEHICLES IN GENERAL
    • B60T—VEHICLE BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF; BRAKE CONTROL SYSTEMS OR PARTS THEREOF, IN GENERAL; ARRANGEMENT OF BRAKING ELEMENTS ON VEHICLES IN GENERAL; PORTABLE DEVICES FOR PREVENTING UNWANTED MOVEMENT OF VEHICLES; VEHICLE MODIFICATIONS TO FACILITATE COOLING OF BRAKES
    • B60T17/00—Component parts, details, or accessories of power brake systems not covered by groups B60T8/00, B60T13/00 or B60T15/00, or presenting other characteristic features
    • B60T17/18—Safety devices; Monitoring
    • B60T17/22—Devices for monitoring or checking brake systems; Signal devices
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64C—AEROPLANES; HELICOPTERS
    • B64C25/00—Alighting gear
    • B64C25/32—Alighting gear characterised by elements which contact the ground or similar surface 
    • B64C25/42—Arrangement or adaptation of brakes
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B7/00—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques
    • G01B7/003—Measuring arrangements characterised by the use of electric or magnetic techniques for measuring position, not involving coordinate determination
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/003—Position, angle or speed
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D66/00—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature
    • F16D2066/006—Arrangements for monitoring working conditions, e.g. wear, temperature without direct measurement of the quantity monitored, e.g. wear or temperature calculated form force and duration of braking
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D55/00—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes
    • F16D55/24—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with a plurality of axially-movable discs, lamellae, or pads, pressed from one side towards an axially-located member
    • F16D55/26—Brakes with substantially-radial braking surfaces pressed together in axial direction, e.g. disc brakes with a plurality of axially-movable discs, lamellae, or pads, pressed from one side towards an axially-located member without self-tightening action
    • F16D55/36—Brakes with a plurality of rotating discs all lying side by side
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16D—COUPLINGS FOR TRANSMITTING ROTATION; CLUTCHES; BRAKES
    • F16D65/00—Parts or details
    • F16D65/14—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position
    • F16D65/16—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake
    • F16D65/18—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes
    • F16D65/186—Actuating mechanisms for brakes; Means for initiating operation at a predetermined position arranged in or on the brake adapted for drawing members together, e.g. for disc brakes with full-face force-applying member, e.g. annular
    • 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
    • G01D2205/00—Indexing scheme relating to details of means for transferring or converting the output of a sensing member
    • G01D2205/70—Position sensors comprising a moving target with particular shapes, e.g. of soft magnetic targets
    • G01D2205/77—Specific profiles
    • G01D2205/775—Tapered profiles

Definitions

  • the invention relates to the field of devices for measuring a linear position of a target. Such a device can be implemented to measure the wear of the friction discs of an aircraft brake.
  • the brake of an aircraft wheel generally comprises a stack of friction discs, a thrust plate, and controllable actuators to selectively exert a braking force on the thrust plate and therefore on the stack of discs.
  • a brake conventionally comprises a wear indicator formed of a rod secured to the thrust plate and whose linear position is representative of the wear of the stack of discs. In maintenance, an operator then checks the position of the rod to determine the state of wear of the discs.
  • a device for measuring the linear position of a target which comprises a magnetic circuit and a Hall effect cell, and which supplies an output signal directly proportional to the distance which separates said measuring device from the target.
  • the condition of linearity of the output signal is satisfied only when the distance to be measured is sufficiently small, that is to say of the order of a few millimeters.
  • the measuring device can therefore only be used here to measure displacements of the target of a few millimeters.
  • the output signal of the measuring device varies between two strictly positive values. Thus, if said signal must be converted from the analog domain to the digital domain (for example for the purposes of processing), it will not be possible to exploit the full scale of an analog-to-digital converter. This has the effect of limiting the precision of the measurement.
  • a device for measuring a linear position which comprises a magnetic circuit and at least one magnetic sensor.
  • the measuring device provides an output signal representative of a movement of a target positioned in the magnetic circuit.
  • the output signal of the measuring device varies between a zero value and a maximum value, so that it is possible to exploit the full scale of an analog-digital converter.
  • said magnetic circuit must have almost the same dimensions as the target. In certain applications, in particular the measurement of wear of the friction discs of an aircraft brake, this necessarily implies that the measurement device is particularly bulky.
  • a device for measuring the position of a target, specifically applied to a brake of an aircraft wheel is also known.
  • the device includes a magnetic field emitter and a magnetic field detector.
  • the transmitter is arranged so that an orientation of the magnetic field evolves according to a displacement of the target.
  • the magnetic field detector supplies an output signal representative of the orientation of the magnetic field, which therefore makes it possible to measure a displacement of the target.
  • the major drawback of this solution is that the measuring device mobilizes multiple distinct parts and that it thus has a high production cost.
  • An object of the invention is to propose a device for measuring a linear position of a target, which is precise over a large measuring range and which is compact and inexpensive.
  • a device for measuring a linear position of a target comprising:
  • a magnetic circuit comprising a first armature element and a second armature element, positioned on either side of an X axis and made with at least one ferromagnetic material;
  • a rod arranged to be integral with the target and inserted between the first armature element and the second armature element to slide along the X axis, the rod having a variable section along its length, so that a flux magnetic in the magnetic circuit depends on a linear position of the rod along the X axis;
  • At least one sensor arranged to measure at least one parameter representative of the magnetic flux, and therefore of the linear position of the rod, and therefore of the linear position of the target.
  • the measuring device is particularly advantageous because it comprises at least one sensor supplying an output signal varying according to the linear position of the rod, integral in translation with the target.
  • the rod can therefore be adapted, depending on the length of its useful portion for the measurement, to perform a significant linear displacement.
  • a significant linear displacement is a displacement greater than 50 mm.
  • the measuring device according to the invention is capable of providing an accurate measurement even when the target performs a significant linear displacement.
  • the measuring device according to the invention comprises few elements and is therefore very simple, compact and inexpensive.
  • the rod comprises a portion of frustoconical shape.
  • the first armature element and the second armature element each comprise a first portion and a second portion successively defined along an axis Y perpendicular to the axis X, the magnet being positioned between the first portion of the first armature element and the first portion of the second armature element, and the X axis between the second portion of the first armature element and the second portion of the second armature element.
  • the second portion of the first frame element and the second portion of the second frame element each have a flat shape.
  • the second portion of the first frame element and the second portion of the second frame element each have a semi-cylindrical shape with an X axis.
  • the first portion of the first frame element and the first portion of the second frame element each have a flat shape.
  • the first pole of the magnet is in contact with the first portion of the first armature element, and the second pole of the magnet is in contact with the first portion of the second armature element.
  • the ferromagnetic material is an alloy of iron and nickel.
  • the measuring device comprises at least one sensor which is a magnetic sensor.
  • the magnetic sensor is an analog Hall effect sensor arranged to measure the magnetic flux.
  • the magnetic sensor is a digital Hall effect sensor arranged to measure the magnetic flux.
  • the magnetic sensor is positioned between the first armature element and the second armature element, close to the magnet.
  • the magnet is positioned between the rod and the sensor.
  • the measuring device comprises at least one analog Hall effect sensor which is connected to an analog electronic circuit comprising an operational amplifier connected as a subtractor, said analog electronic circuit being arranged to subtract, from an electrical measurement signal supplied by the at least one sensor, an offset voltage in order to operate a full scale of an analog-to-digital converter.
  • the measuring device comprises at least one sensor which comprises a first strain gauge mounted on the first reinforcement element and a second strain gauge mounted on the second reinforcement element, each strain gauge being arranged to measure a deformation of the frame element on which it is mounted.
  • the invention also relates to a brake for an aircraft wheel comprising a stack of discs, a thrust plate mounted on the stack of friction discs, actuators arranged to apply a braking force to the thrust plate and therefore to the stack of friction discs, and a measuring device as previously described, the target being an outer face of the thrust plate.
  • the invention also relates to an aircraft comprising a wheel and a brake as previously described, said brake being arranged to brake said wheel.
  • FIG. 1 shows a view in relief of a brake of an aircraft wheel, equipped with a measuring device according to the invention
  • FIG. 2 shows a sectional view, along a plane perpendicular to the linear displacement of the rod, of a measuring device according to a first particular embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a longitudinal sectional view of the rod of the measuring device illustrated in Figure 2;
  • Figure 4 is a figure similar to Figure 2, following a linear displacement of the rod;
  • FIG. 5 shows an analog electronic circuit connected to the magnetic sensor of the measuring device shown in Figure 1;
  • FIG. 7 shows sectional views, along a plane perpendicular to the linear displacement of the rod, of a measuring device according to a second particular embodiment of the invention.
  • - Figure 8 shows a perspective view of a measuring device according to a third particular embodiment of the invention, as well as simulation results of the magnetic field.
  • FIG. 9 shows a sectional view, along a plane perpendicular to the linear displacement of the rod, of a measuring device according to a fourth particular embodiment of the invention.
  • the invention is described here in application to a brake, designated at 1, of a wheel of an aircraft landing gear.
  • the brake 1 comprises a stack of friction discs 2 (also called a heat sink) comprising rotor discs 2a and stator discs 2b alternately threaded onto a torque tube.
  • the rotor discs 2a are integral in rotation with the wheel and the stator discs 2b are immobile in rotation with respect to the wheel.
  • the discs 2a, 2b are provided with brake linings.
  • the brake 1 further comprises an actuator support 3, fixed to one end of the torsion tube.
  • the actuator support 3 carries actuators 4 arranged to exert a braking force on a thrust plate 5 mounted on the stack of discs 2.
  • the braking force exerted on the thrust plate 5 is thus distributed uniformly over the stack of discs 2.
  • the operation of the brake 1 is known and will therefore not be unduly detailed. It should be noted that the invention can be applied to any type of brake (hydromechanical, electromechanical, etc.) intended to brake a wheel of any type of vehicle.
  • the brake 1 is equipped with a measuring device 10 to determine the wear of the discs 2a, 2b of the stack of discs 2.
  • the measuring device 10 measures the linear position along an axis X of a target, which is in this case the outer face 6 of the thrust plate 5, said linear position being representative of the wear of the stack of discs 2 of brake 1.
  • the measuring device 10 comprises a rod 14 mounted to slide through the actuator support 3.
  • the rod 14 is integral in translation along the axis X with the outer face 6 of the thrust plate 5.
  • the rod 14 thus slides along a linear path, here along the axis X, as and when worn. discs 2a, 2b of the stack of discs 2.
  • the measuring device 10 is connected to external equipment 7 (computer, data concentrator, etc.), located for example in the hold of the aircraft or on the undercarriage leg, via an 8 cable or a wireless link.
  • a measurement device according to a first embodiment of the invention 10 is described with reference to FIG.
  • the measuring device 10 comprises:
  • a magnetic circuit comprising a first armature element 11 and a second armature element 12, positioned on either side of the X axis and made with at least one ferromagnetic material.
  • the reinforcing elements 11, 12 are made from an alloy of iron and nickel (FeNi).
  • a magnet 13 located between the first armature element 11 and the second armature element 12 so that a positive pole 13a (or north pole) of the magnet 13 is positioned on the side of the first armature element 11 , and that a negative pole 13b (or south pole) of the magnet 13 is positioned on the side of the second armature element 12. More precisely, the positive pole 13a is here in contact with the first armature element 11 and the negative pole 13b is here in contact with the second armature element 12.
  • the magnet 13 is a permanent magnet delivering a magnetic field of constant intensity.
  • the rod 14 which, as we have seen, is integral in translation along the X axis of the target which is here the outer face 6 of the thrust plate 5.
  • the rod 14 thus slides along the X axis.
  • the rod 14 is made of a material resistant to high temperatures (for example, of the order of 150° C.).
  • a magnetic sensor 15 which here is a Hall effect sensor for measuring the magnetic flux.
  • the magnetic circuit, the magnet and the magnetic sensor are themselves integrated in a box 9 fixed to the actuator support 3.
  • the first reinforcement element 11 comprises a first portion 11a and a second portion 11b successively defined along an axis Y perpendicular to the axis X.
  • the first portion IIa is in contact with the positive pole 13a of the magnet 13 and has a flat shape.
  • the second portion 11b faces the rod 14 and has a semi-cylindrical shape with axis X.
  • the second reinforcement element 12 comprises a first portion 12a and a second portion 12b successively defined along the Y axis.
  • the first portion 12a is in contact with the negative pole 13b of the magnet 13 and has a flat shape.
  • the second portion 12b faces the rod 14 and has a semi-cylindrical shape with axis X.
  • the rod 14 comprises a first portion 14a and a second portion 14b which are successively defined along the axis X.
  • the first portion 14a has a length L and its section is variable in the direction of the length.
  • the first portion 14a has a frustoconical shape.
  • the first portion 14a is the useful portion for the measurement
  • the second portion 14b has a cylindrical shape and is integral in translation with the outer face 6 of the thrust plate 5.
  • the rod 14 will move linearly along the axis X inside the cavity 17 delimited by the second portion 11b of the first armature element 11 and by the second portion 12b of the second reinforcement element 12.
  • the linear displacement of the rod 14 will cause the section of the axial portion of the rod 14 positioned in the cavity 17 between the reinforcement elements 11, 12 to vary.
  • the section of the axial portion of the rod 14 positioned between the reinforcement elements 11, 12 decreases with the wear of the stack of discs 2.
  • the magnetic flux in the magnetic circuit will thus vary according to the linear displacement of the rod 14. More precisely, the maximum value of the magnetic flux corresponds to the end of the largest section of the first portion 14a of rod 14 and the minimum value of the magnetic flux corresponds to the end of smallest section of first portion 14a of rod 14.
  • the magnetic sensor 15 then makes it possible to measure the magnetic flux and thus to provide an output signal representative of the linear displacement of the rod 14, therefore of the linear displacement of the target, therefore here of the state of wear of the stack of discs 2.
  • the output signal here is a differential voltage in the case of using an analog Hall effect sensor.
  • the output signal is a digital value when using a digital Hall effect sensor.
  • the magnet 13 and the magnetic sensor 15 are positioned between the first portion IIa of the first armature element
  • the magnet 13 and the sensor 15 are here both positioned on the same plane which is parallel to the X and Y axes.
  • the sensor 15 is opposite the first portion IIa of the first frame element 11 and the first portion 12a of the second frame element 12.
  • the magnetic sensor 15 it would be possible for the magnetic sensor 15 to be located outside the space between the armature elements 11, 12.
  • the senor 15 is positioned in a secondary magnetic flux (not passing through the moving target), which makes it possible to increase the range of variation of the induction with respect to the full scale.
  • the sensor is positioned parallel to the direction of magnetization of the magnet.
  • the magnetic sensor 15 is connected to an electronic unit 16 integrated in the casing 9.
  • the electronic unit 16 here comprises an electronic card and components mounted on the electronic card, among which there are conditioning means for conditioning the output signal of the magnetic sensor 15 and an analog-digital converter in the case of the use of an analog Hall effect sensor and communication means making it possible to transmit the measurements, from the box 9, to the external equipment 7, via the cable 8 in the case where a wired solution is implemented.
  • the means of communication comprise for example a digital bus driver usually of the I 2 C or SPI type, an RF transmitter, an RFID Tag, etc.
  • the conditioning means of the electronic unit 16 include an analog electronic circuit 20.
  • the analog electronic circuit 20 includes an operational amplifier 21 powered between a power supply 22 and an electrical ground 23.
  • the power supply 22 is conventionally connected to a voltage source providing a DC voltage equal to, for example, 2.5V.
  • the potential of electrical ground 23 is conventionally a reference 0V.
  • the operational amplifier 21 comprises a non-inverting input 21a, an inverting input 21b and an output 21c.
  • Magnetic sensor 15 has two outputs and provides a differential output voltage V diff between said two outputs.
  • a first output of magnetic sensor 15 is such that the voltage between said first output and electrical ground 23 is equal to a voltage V hp .
  • a second output of magnetic sensor 15 is such that the voltage between said second output and electrical ground 23 is equal to a voltage V hn .
  • the voltage V diff is equal to the voltage (V hp -V hn ).
  • the non-inverting input 21a of the operational amplifier 21 receives the voltage V hn supplied by the second output of the magnetic sensor 15.
  • the inverting input 21b of the operational amplifier 21 is connected to a voltage source, producing a DC offset voltage Vdec, via a resistor R 1 .
  • the voltage V dec is the supply voltage of the magnetic sensor 15.
  • the resistance R 1 is equal to 3.33 k ⁇ .
  • the inverting input 21b of the operational amplifier 21 is also connected to the output 21c of the said operational amplifier 21 via a resistor R 2 .
  • resistor R 2 is equal to 6.1k ⁇ .
  • the output voltage of the analog electronic circuit 20 is the voltage V out between the first output of the magnetic sensor 15 and the output 21c of the operational amplifier 21.
  • the operational amplifier 21 is here connected as a subtractor.
  • the relation which links the output voltage V out to the voltages V hp , V hn and V dec is as follows:
  • the analog circuit 20 therefore subtracts the voltage V dec multiplied by a gain from the voltage V hn multiplied by a gain.
  • the measuring device can be powered by different means, and for example via the cable 8.
  • an arrow F1 illustrates the conditioning performed by the analog electronic circuit 20.
  • the magnetic flux in the vicinity of the measuring device 10 varies between two strictly positive values as a function of the linear position of the rod 14 (curve C1 in FIG. 6).
  • the function of the analog electronic circuit 20 is therefore to produce the output voltage V out , representative of the wear of the disk stack 2, which itself varies between a zero value and a strictly positive value (curve C2 in FIG. 7).
  • V out representative of the wear of the disk stack 2
  • curve C2 in FIG. 7 a strictly positive value
  • a measurement device according to a second embodiment of the invention 110 is described with reference to FIG.
  • the second embodiment differs from the first embodiment in that the measuring device according to a second particular embodiment of the invention 110 comprises reinforcement elements 111, 112 each having the shape of a plate, the plates being separated by a distance L cav •
  • Figure 7 highlights a major advantage of the invention. Indeed, the measuring device 110 (and in particular the precision of the measurement) is not disturbed by a potential transverse displacement of the rod 114 in the cavity 117 delimited by the reinforcement elements 111, 112.
  • the rod can be in the three positions below:
  • the rod 114 can be at a distance l 1 from the magnet 113 and equidistant from the armature elements 111, 112.
  • the rod 114 can be at a distance I 2 from the magnet 113, such that the distance I 2 is greater than the distance l 1 .
  • the rod 114 is here always equidistant from the reinforcement elements 111, 112.
  • the rod 114 can be at a distance I 3 from the magnet 113, such that the distance I 3 is less than the distance li. Furthermore, the rod 114 is not necessarily equidistant from the reinforcement elements 111, 112. Here, the rod 114 is closer to the second reinforcement element 112 than to the first reinforcement element 111.
  • the magnetic flux in the vicinity of the measuring device 110 effectively only depends on the section of the axial portion the rod 114 positioned in the cavity 117 between the armature elements 111, 112.
  • the measuring device 110 is capable of providing an accurate measurement of the linear position of said rod 114, therefore of the linear position of the target.
  • the first reinforcement element 211 comprises a first portion 211a and a second portion 211b successively defined along the Y axis.
  • the portions 211a, 211b both have a flat shape.
  • the first portion 211a has a significantly lower thickness than that of the second portion 211b.
  • the second reinforcement element 212 comprises a first portion 212a and a second portion 212b successively defined along the Y axis.
  • the portions 212a, 212b both have a flat shape.
  • the first portion 212a has a significantly lower thickness than that of the second portion 212b.
  • the third particular embodiment of the invention is similar to the second embodiment described above.
  • FIG. 9 also shows the spatial distribution of the intensity of the electromagnetic induction (measured in Tesla) on the measuring device 310.
  • the electromagnetic intensity on the measuring device 310 varies between a minimum value equal to 57.602 ⁇ T and a maximum value equal to 1.793T.
  • five value intervals are distinguished.
  • the intensity of the electromagnetic induction is maximum, with a value situated between 1.476T and 1.793T on a part of the first portion 211a of the first armature element 211 and on a part of the first portion 212a of the second armature element. frame 212.
  • the intensity of the electromagnetic induction is minimal, with a value between 57.602 ⁇ T and 527.341mT, on the rod 14, on part of the second portion 211b of the first armature element 211 and on part of the second portion 212b of the second reinforcement element 212.
  • the intensity of the electromagnetic induction at the end of the positive pole 13a of the magnet 13 and at the end of the negative pole 13b of the magnet 13 is between 949.148mT and 1.160T.
  • the intensity of the electromagnetic induction on the magnet 13, excluding ends, is between 1.160T and 1.476T.
  • the fourth embodiment differs from the first embodiment in that the measuring device 310 includes a first strain gauge 315a and a second strain gauge 315b (in other words, the measuring device 310 does not include a magnetic sensor).
  • Strain gauge 315a is mounted on first frame element 311. More specifically, gauge 315a is mounted on first portion 311a of first frame element 311.
  • Strain gauge 315b is mounted on second frame member 312. More specifically, gauge 315b is mounted on first portion 312a of second frame member 312.
  • the rod 314 will move linearly along the X axis in the cavity 317 delimited by the second portion 311b of the first armature element 311 and by the second portion 312b of the second reinforcing member 312.
  • the magnetic flux in the vicinity of the measuring device 310 will thus vary according to the linear displacement of the rod 314.
  • the variation of the magnetic flux will also cause a variation of the force which is exerted on each of the armature elements. 311, 312.
  • the gauge 315a and the gauge 315b will then respectively measure the deformation (generated by said force) of the first armature element 311 and of the second armature element 312.
  • the gauge 315a and the gauge 315b will each supply a signal of output representative of the linear displacement of the rod 314, therefore of the linear displacement of the target, therefore here of the wear of the disc stack 2.
  • the output signal of each of the gauges 315a, 315b is subsequently conditioned by means conditioning included in the electronic unit 316.
  • the measuring device is particularly advantageous because it comprises at least one sensor (magnetic sensor or strain gauge) providing an output signal varying according to the linear position of the rod, fixed in translation to the target.
  • the rod can therefore be adapted, depending on the length of its useful portion for the measurement, to perform a significant linear displacement.
  • a significant linear displacement is a displacement greater than 50 mm.
  • the measuring device according to the invention is capable of providing an accurate measurement even when the target performs a significant linear displacement.
  • the portion of the rod useful for the measurement has a frustoconical shape
  • the output signal of the sensor is directly proportional to the linear position of the rod, therefore to the linear position of the target.
  • the measuring device according to the invention comprises only four distinct elements (the two armature elements, the magnet, the rod and the sensor) and is therefore compact and inexpensive.
  • the measuring device according to the invention also has satisfactory measurement precision (that is to say less than 0.5 mm) over a wide temperature range.
  • the measuring device according to the invention is capable of operating in an environment characterized by a high temperature, for example a temperature of the order of 150°C.
  • the measuring device makes it possible to measure a linear displacement of a target without the rod (fixed to the target) being in contact with the magnetic circuit (here, the armature elements made with at least one ferromagnetic material) .
  • the measuring device according to the invention is thus indestructible.
  • the measuring device requires little energy to operate since it operates only with at least one sensor connected to an electronic unit comprising at least one simple conditioning analog electronic circuit, an analog-digital converter and communication means.
  • additional elements for example, resins, plastics or non-magnetic materials.
  • the senor is directly integrated into the electronic unit.
  • the electronic unit comprises an electronic card, it is possible for the sensor to be directly mounted (for example welded) on said electronic unit.
  • the rod has a portion of frustoconical shape, it is quite possible that said portion has another shape.
  • said portion of the rod could have a conical shape or a "staircase" shape with a pitch corresponding to the resolution specified for the measuring device.
  • the length of the first and of the second reinforcement element is less than the length of the first portion of the rod useful for the measurement (that is to say, with reference in Figure 3, the length L of the first portion 14a of the rod 14), it is possible that said first and second reinforcement elements have a length equal to or greater than the length of said first portion of the rod useful for the measurement.
  • the measuring device according to the invention is presented in application to a brake of an aircraft wheel, the present invention can be applied to any system requiring a device for measuring a linear position of a target.
  • the present invention applies, in particular, in systems requiring a device for measuring a linear position of a target that must be low cost and must operate in a hot environment.

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Abstract

Dispositif de mesure (10) comportant un circuit magnétique comprenant un premier élément d'armature (11) et un deuxième élément d'armature (12), positionnés de part et d'autre d'un axe X et fabriqués avec au moins un matériau ferromagnétique; un aimant (13) situé entre lesdits éléments d'armature de sorte qu'un premier pôle (13a) de l'aimant est positionné du côté du premier élément d'armature (11), et qu'un deuxième pôle (13b) de l'aimant est positionné du côté du deuxième élément d'armature (12); une tige (14) agencée pour être solidaire d'une cible et insérée entre lesdits éléments d'armature pour coulisser selon l'axe X, la tige présentant une section variable selon sa longueur, de sorte qu'un flux magnétique dans le circuit magnétique dépend d'une position linéaire de la tige selon l'axe X; au moins un capteur (15) agencé pour mesurer le flux magnétique, et donc la position linéaire de la tige (14), et donc de la position linéaire de la cible.

Description

DISPOSITIF DE MESURE D'UNE POSITION LINEAIRE
L'invention concerne le domaine des dispositifs de mesure d'une position linéaire d'une cible. Un tel dispositif peut être mis en œuvre pour mesurer l'usure des disques de friction d'un frein d'aéronef.
ARRIERE PLAN DE L'INVENTION
Le frein d'une roue d'un aéronef comporte généralement une pile de disques de friction, une plaque de poussée, et des actionneurs pilotables pour exercer sélectivement un effort de freinage sur la plaque de poussée et donc sur la pile de disques. Un tel frein comprend classiquement un témoin d'usure formé d'une tige solidaire de la plaque de poussée et dont la position linéaire est représentative de l'usure de la pile de disques. En maintenance, un opérateur vérifie alors la position de la tige pour déterminer l'état d'usure des disques.
On envisage de surveiller automatiquement l'usure de la pile de disques d'un frein en mesurant, à l'aide d'un capteur, la position linéaire de la tige.
On connaît un dispositif de mesure de la position linéaire d'une cible, qui comporte un circuit magnétique et une cellule à effet Hall, et qui fournit un signal de sortie directement proportionnel à la distance qui sépare ledit dispositif de mesure de la cible. Dans ce dispositif de mesure, la condition de linéarité du signal de sortie n'est satisfaite que lorsque la distance à mesurer est suffisamment faible, c'est-à-dire de l'ordre de quelques millimètres. Le dispositif de mesure n'est donc ici utilisable que pour mesurer des déplacements de la cible de quelques millimètres. En outre, le signal de sortie du dispositif de mesure varie entre deux valeurs strictement positives. Ainsi, si ledit signal doit être converti du domaine analogique vers le domaine numérique (par exemple pour des besoins de traitement), il ne sera pas possible d'exploiter la pleine échelle d'un convertisseur analogique-numérique. Cela a pour conséquence de limiter la précision de la mesure.
On connait également un dispositif de mesure d'une position linéaire, qui comporte un circuit magnétique et au moins un capteur magnétique. Le dispositif de mesure fournit un signal de sortie représentatif d'un mouvement d'une cible positionnée dans le circuit magnétique. Avec cette solution, le signal de sortie du dispositif de mesure varie entre une valeur nulle et une valeur maximale, si bien qu'il est possible d'exploiter la pleine échelle d'un convertisseur analogique-numérique. Cependant, sachant qu'il est nécessaire que ladite cible soit positionnée dans le circuit magnétique, ledit circuit magnétique doit avoir quasiment les mêmes dimensions que la cible. Dans certaines applications, notamment la mesure d'usure des disques de friction d'un frein d'aéronef, cela implique nécessairement que le dispositif de mesure soit particulièrement encombrant.
On connait également un dispositif de mesure de la position d'une cible, spécifiquement appliqué à un frein d'une roue d'aéronef. Le dispositif comporte un émetteur de champ magnétique et un détecteur de champ magnétique. L'émetteur est agencé pour qu'une orientation du champ magnétique évolue en fonction d'un déplacement de la cible. Le détecteur de champ magnétique fournit un signal de sortie représentatif de l'orientation du champ magnétique, ce qui permet donc de mesurer un déplacement de la cible. L'inconvénient majeur de cette solution est que le dispositif de mesure mobilise de multiples pièces distinctes et qu'il présente ainsi un coût de production élevé.
OBJET DE L'INVENTION
Un but de l'invention est de proposer un dispositif de mesure d'une position linéaire d'une cible, qui soit précis sur une large étendue de mesure et qui soit peu encombrant et peu coûteux.
RESUME DE L'INVENTION
En vue de la réalisation de cet objet, on propose un dispositif de mesure d'une position linéaire d'une cible, comportant :
- un circuit magnétique comprenant un premier élément d'armature et un deuxième élément d'armature, positionnés de part et d'autre d'un axe X et fabriqués avec au moins un matériau ferromagnétique ;
- un aimant situé entre le premier élément d'armature et le deuxième élément d'armature de sorte qu'un premier pôle de l'aimant est positionné du côté du premier élément d'armature, et qu'un deuxième pôle de l'aimant est positionné du côté du deuxième élément d'armature ;
- une tige agencée pour être solidaire de la cible et insérée entre le premier élément d'armature et le deuxième élément d'armature pour coulisser selon l'axe X, la tige présentant une section variable selon sa longueur, de sorte qu'un flux magnétique dans le circuit magnétique dépend d'une position linéaire de la tige selon l'axe X;
- au moins un capteur agencé pour mesurer au moins un paramètre représentatif du flux magnétique, et donc de la position linéaire de la tige, et donc de la position linéaire de la cible.
Le dispositif de mesure selon l'invention est particulièrement avantageux car il comporte au moins un capteur fournissant un signal de sortie variant en fonction de la position linéaire de la tige, solidaire en translation de la cible. La tige peut donc être adaptée, selon la longueur de sa portion utile pour la mesure, pour effectuer un déplacement linéaire important. Par exemple, dans le cas de la mesure d'usure de la pile de disques d'un frein d'aéronef, un déplacement linéaire important est un déplacement supérieur à 50mm. Ainsi, le dispositif de mesure selon l'invention est capable de fournir une mesure précise même lorsque la cible effectue un déplacement linéaire important.
En outre, le dispositif de mesure selon l'invention comporte peu d'éléments et est donc très simple, peu encombrant et peu coûteux.
Dans un mode de réalisation la tige comporte une portion de forme tronconique.
Dans un mode de réalisation, le premier élément d'armature et le deuxième élément d'armature comprenne chacun une première portion et une deuxième portion successivement définies selon un axe Y perpendiculaire à l'axe X, l'aimant étant positionné entre la première portion du premier élément d'armature et la première portion du deuxième élément d'armature, et l'axe X entre la deuxième portion du premier élément d'armature et la deuxième portion du deuxième élément d'armature.
Dans un mode de réalisation, la deuxième portion du premier élément d'armature et la deuxième portion du deuxième élément d'armature ont chacune une forme plane.
Dans un mode de réalisation, la deuxième portion du premier élément d'armature et la deuxième portion du deuxième élément d'armature ont chacune une forme semi-cylindrique d'axe X.
Dans un mode de réalisation, la première portion du premier élément d'armature et la première portion du deuxième élément d'armature ont chacune une forme plane.
Dans un mode de réalisation, le premier pôle de l'aimant est en contact avec la première portion du premier élément d'armature, et le deuxième pôle de l'aimant est en contact avec la première portion du deuxième élément d'armature.
Dans un mode de réalisation, le matériau ferromagnétique est un alliage de fer et de nickel. Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure comporte au moins un capteur qui est un capteur magnétique.
Dans un mode de réalisation, le capteur magnétique est un capteur à effet Hall analogique agencé pour mesurer le flux magnétique.
Dans un mode de réalisation, le capteur magnétique est un capteur à effet Hall numérique agencé pour mesurer le flux magnétique.
Dans un mode de réalisation, le capteur magnétique est positionné entre le premier élément d'armature et le deuxième élément d'armature, à proximité de l'aimant.
Dans un mode de réalisation, l'aimant est positionné entre la tige et le capteur.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure comporte au moins un capteur à effet Hall analogique qui est connecté à un circuit électronique analogique comportant un amplificateur opérationnel connecté en soustracteur, ledit circuit électronique analogique étant agencé pour soustraire, à un signal électrique de mesure fourni par le au moins un capteur, une tension de décalage afin d'exploiter une pleine échelle d'un convertisseur analogique-numérique.
Dans un mode de réalisation, le dispositif de mesure comporte au moins un capteur qui comporte une première jauge de déformation montée sur le premier élément d'armature et une deuxième jauge de déformation montée sur le deuxième élément d'armature, chaque jauge de déformation étant agencée pour mesurer une déformation de l'élément d'armature sur lequel elle est montée.
L'invention concerne également un frein d'une roue d'aéronef comprenant une pile de disques, une plaque de poussée montée sur la pile de disques de friction, des actionneurs agencés pour appliquer un effort de freinage sur la plaque de poussée et donc sur la pile de disques de friction, et un dispositif de mesure tel que précédemment décrit, la cible étant une face externe de la plaque de poussée.
L'invention concerne également un aéronef comprenant une roue et un frein tel que précédemment décrit, ledit frein étant agencé pour freiner ladite roue.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention.
BREVE DESCRIPTION DES DESSINS
La description de l'invention fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels :
- la figure 1 représente une vue en relief d'un frein d'une roue d'aéronef, équipé d'un dispositif de mesure selon l'invention ;
- la figure 2 représente une vue en coupe, selon un plan perpendiculaire au déplacement linéaire de la tige, d'un dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation particulier de l'invention ;
- la figure 3 représente une vue en coupe longitudinale de la tige du dispositif de mesure illustré à la figure 2 ;
- la figure 4 est une figure similaire à la figure 2, suite à un déplacement linéaire de la tige ;
- la figure 5 représente un circuit électronique analogique connecté au capteur magnétique du dispositif de mesure illustré à la figure 1 ;
- la figure 6 illustre le conditionnement réalisé par le circuit électronique analogique illustré à la figure 5 ;
- la figure 7 représente des vues en coupe, selon un plan perpendiculaire au déplacement linéaire de la tige, d'un dispositif de mesure selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention. - la figure 8 représente une vue en perspective d'un dispositif de mesure selon un troisième mode de réalisation particulier de l'invention, ainsi que des résultats de simulation du champ magnétique.
- la figure 9 représente une vue en coupe, selon un plan perpendiculaire au déplacement linéaire de la tige, d'un dispositif de mesure selon un quatrième mode de réalisation particulier de l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
En référence à la figure 1, l'invention est ici décrite en application à un frein, désigné en 1, d'une roue d'un atterrisseur d'un aéronef.
Le frein 1 comprend une pile de disques de friction 2 (aussi appelée puit de chaleur) comportant des disques rotors 2a et des disques stators 2b alternativement enfilés sur un tube de torsion. Les disques rotors 2a sont solidaires en rotation de la roue et les disques stators 2b sont immobiles en rotation vis-à-vis de la roue. Les disques 2a, 2b sont munis de garnitures de freinage.
Le frein 1 comprend en outre un support d'actionneurs 3, fixé à une extrémité du tube de torsion. Le support d'actionneurs 3 porte des actionneurs 4 agencés pour exercer un effort de freinage sur une plaque de poussée 5 montée sur la pile de disques 2. L'effort de freinage exercé sur la plaque de poussée 5 est ainsi réparti uniformément sur la pile de disques 2. Le fonctionnement du frein 1 est connu et ne sera donc pas détaillé outre mesure. Il est à noter que l'invention peut s'appliquer à tout type de frein (hydromécanique, électromécanique, etc...) destiné à freiner une roue de tout type de véhicule.
Le frein 1 est équipé d'un dispositif de mesure 10 pour déterminer l'usure des disques 2a, 2b de la pile de disques 2. Le dispositif de mesure 10 mesure la position linéaire selon un axe X d'une cible, qui est en l'occurrence la face externe 6 de la plaque de poussée 5, ladite position linéaire étant représentative de l'usure de la pile de disques 2 du frein 1.
Le dispositif de mesure 10 comporte une tige 14 montée coulissante au travers du support d'actionneurs 3.
La tige 14 est solidaire en translation selon l'axe X de la face externe 6 de la plaque de poussée 5. La tige 14 coulisse ainsi selon un chemin linéaire, ici selon l'axe X, au fur et à mesure de l'usure des disques 2a, 2b de la pile de disques 2. En outre, le dispositif de mesure 10 est connecté à un équipement externe 7 (calculateur, concentrateur de données, etc...), situé par exemple dans la soute de l'aéronef ou sur la jambe de l'atterrisseur, via un câble 8 ou une liaison sans fil.
On décrit, en référence à la figure 2, un dispositif de mesure selon un premier mode de réalisation de l'invention 10.
Le dispositif de mesure 10 comporte :
- un circuit magnétique comprenant un premier élément d'armature 11 et un deuxième élément d'armature 12, positionnés de part et d'autre de l'axe X et fabriqués avec au moins un matériau ferromagnétique. Ici, les éléments d'armature 11, 12 sont fabriqués dans un alliage de fer et de nickel (FeNi).
- un aimant 13 situé entre le premier élément d'armature 11 et le deuxième élément d'armature 12 de sorte qu'un pôle positif 13a (ou pôle nord) de l'aimant 13 est positionné du côté du premier élément d'armature 11, et qu'un pôle négatif 13b (ou pôle sud) de l'aimant 13 est positionné du côté du deuxième élément d'armature 12. Plus précisément, le pôle positif 13a est ici en contact avec le premier élément d'armature 11 et le pôle négatif 13b est ici en contact avec le deuxième élément d'armature 12. L'aimant 13 est un aimant permanent délivrant un champ magnétique d'intensité constante.
- la tige 14 qui, comme on l'a vu, est solidaire en translation selon l'axe X de la cible qui est ici la face externe 6 de la plaque de poussée 5. La tige 14 coulisse ainsi selon l'axe X. Avantageusement, la tige 14 est fabriquée dans un matériau résistant aux températures élevées (par exemple, de l'ordre de 150°C).
- un capteur magnétique 15 qui est ici un capteur à effet Hall pour mesurer le flux magnétique.
Le circuit magnétique, l'aimant et le capteur magnétique sont eux-mêmes intégrés dans un boîtier 9 fixé sur le support d'actionneurs 3.
Le premier élément d'armature 11 comporte une première portion lia et une deuxième portion 11b successivement définies selon un axe Y perpendiculaire à l'axe X.
La première portion lia est en contact avec le pôle positif 13a de l'aimant 13 et a une forme plane.
La deuxième portion 11b est en regard de la tige 14 et a une forme semi-cylindrique d'axe X.
De la même manière, le deuxième élément d'armature 12 comporte une première portion 12a et une deuxième portion 12b successivement définies selon l'axe Y.
La première portion 12a est en contact avec le pôle négatif 13b de l'aimant 13 et a une forme plane.
La deuxième portion 12b est en regard de la tige 14 et a une forme semi-cylindrique d'axe X.
La deuxième portion 11b du premier élément d'armature
11 et la deuxième portion 12b du deuxième élément d'armature
12 sont ainsi conformées pour globalement envelopper une portion axiale de la tige 14. En référence à la figure 3, la tige 14 comporte une première portion 14a et une deuxième portion 14b qui sont successivement définies selon l'axe X.
La première portion 14a présente une longueur L et sa section est variable dans le sens de la longueur. Ici, la première portion 14a a une forme tronconique. La première portion 14a est la portion utile pour la mesure
La deuxième portion 14b a une forme cylindrique et est solidaire en translation de la face externe 6 de la plaque de poussée 5.
Le fonctionnement du dispositif de mesure 10 est maintenant décrit.
En fonction de l'usure de la pile de disques 2, la tige 14 va se déplacer linéairement selon l'axe X à l'intérieure de la cavité 17 délimitée par la deuxième portion 11b du premier élément d'armature 11 et par la deuxième portion 12b du deuxième élément d'armature 12.
Comme cela est visible sur les figures 2 et 4, le déplacement linéaire de la tige 14 va faire varier la section de la portion axiale de la tige 14 positionnée dans la cavité 17 entre les éléments d'armature 11, 12. Ici, en l'occurrence, la section de la portion axiale de la tige 14 positionnée entre les éléments d'armature 11, 12 diminue avec l'usure de la pile de disques 2.
Ainsi, à faible usure, la portion axiale de la tige située entre les éléments d'armature 11, 12 présente une section élevée (cas de la figure 2), alors qu'à usure élevée, la portion axiale de la tige 14 située entre les éléments d'armature 11, 12 présente une section réduite (cas de la figure 4).
Le flux magnétique dans le circuit magnétique va ainsi varier en fonction du déplacement linéaire de la tige 14. Plus précisément, la valeur maximale du flux magnétique correspond à l'extrémité de plus grande section de la première portion 14a de la tige 14 et la valeur minimale du flux magnétique correspond à l'extrémité de plus petite section de la première portion 14a de la tige 14.
Le capteur magnétique 15 permet alors de mesurer le flux magnétique et ainsi de fournir un signal de sortie représentatif du déplacement linéaire de la tige 14, donc du déplacement linéaire de la cible, donc ici de l'état d'usure de la pile de disques 2. Le signal de sortie est ici une tension différentielle dans le cas de l'utilisation d'un capteur à effet Hall analogique. Le signal de sortie est une valeur numérique dans le cas de l'utilisation d'un capteur à effet Hall numérique.
L'aimant 13 et le capteur magnétique 15 sont positionnés entre la première portion lia du premier élément d'armature
11 et la première portion 12a du deuxième élément d'armature
12.
L'aimant 13 et le capteur 15 sont ici positionnés tous deux sur un même plan qui est parallèle aux axes X et Y.
Le capteur 15 est en regard de la première portion lia du premier élément d'armature 11 et de la première portion 12a du deuxième élément d'armature 12.
Cependant, il serait possible que le capteur magnétique 15 soit situé en dehors de l'espace entre les éléments d'armature 11, 12.
On note que le capteur 15 est positionné dans un flux magnétique secondaire (ne passant pas par la cible mobile), ce qui permet d'augmenter la plage de variation de l'induction par rapport à la pleine échelle. Le capteur est positionné parallèlement à la direction de magnétisation de l'aimant.
Le capteur magnétique 15 est connecté à une unité électronique 16 intégrée dans le boîtier 9. L'unité électronique 16 comprend ici une carte électronique et des composants montés sur la carte électronique, parmi lesquels on trouve des moyens de conditionnement pour conditionner le signal de sortie du capteur magnétique 15 et un convertisseur analogique-numérique dans le cas de l'utilisation d'un capteur à effet Hall analogique et des moyens de communication permettant de transmettre les mesures, depuis le boîtier 9, à l'équipement externe 7, via le câble 8 dans le cas où une solution filaire est mise en œuvre. Les moyens de communication comprennent par exemple un driver de bus numérique usuellement de type I2C ou SPI, un transmetteur RF, un Tag RFID, ...etc.
En référence à la figure 5, les moyens de conditionnement de l'unité électronique 16 comprennent un circuit électronique analogique 20. Le circuit électronique analogique 20 comprend un amplificateur opérationnel 21 alimenté entre une alimentation 22 et une masse électrique 23. L'alimentation 22 est classiquement connectée à une source de tension fournissant une tension continue égale, par exemple, à 2,5V. Le potentiel de la masse électrique 23 est classiquement un 0V de référence.
L'amplificateur opérationnel 21 comporte une entrée non-inverseuse 21a, une entrée inverseuse 21b et une sortie 21c.
Le capteur magnétique 15 comporte deux sorties et fournie une tension de sortie différentielle Vdiff entre lesdites deux sorties. Une première sortie du capteur magnétique 15 est telle que la tension entre ladite première sortie et la masse électrique 23 est égal à une tension Vhp . Une deuxième sortie du capteur magnétique 15 est telle que la tension entre ladite deuxième sortie et la masse électrique 23 est égale à une tension Vhn . En outre, la tension Vdiff est égale à la tension (Vhp-Vhn).
L'entrée non-inverseuse 21a de l'amplificateur opérationnel 21 reçoit la tension Vhn fournie par la deuxième sortie du capteur magnétique 15. L'entrée inverseuse 21b de l'amplificateur opérationnel 21 est connectée à une source de tension, produisant une tension continue de décalage Vdec, via une résistance R1 . Ici, la tension Vdec est la tension d'alimentation du capteur magnétique 15. Par exemple, la tension Vdec est égale à 1,6V et la résistance R1 est égale à 3,33kΩ. En outre, l'entrée inverseuse 21b de l'amplificateur opérationnel 21 est également connectée à la sortie 21c dudit amplificateur opérationnel 21 via une résistance R2 . Par exemple, la résistance R2 est égale à 6,1kΩ.
La tension de sortie du circuit électronique analogique 20 est la tension Vout entre la première sortie du capteur magnétique 15 et la sortie 21c de l'amplificateur opérationnel 21.
L'amplificateur opérationnel 21 est ici connecté en soustracteur. La relation qui relie la tension de sortie Vout aux tensions Vhp, Vhn et Vdec est la suivante :
Le circuit analogique 20 soustrait donc la tension Vdec multipliée par un gain à la tension Vhn multrplree par un gain.
On note que le dispositif de mesure peut être alimenté par différents moyens, et par exemple via le câble 8.
En référence à la figure 6, une flèche F1 illustre le conditionnement réalisé par le circuit électronique analogique 20.
Le flux magnétique au voisinage du dispositif de mesure 10 varie entre deux valeurs strictement positives en fonction de la position linéaire de la tige 14 (courbe C1 sur la figure 6).
La fonction du circuit électronique analogique 20 est donc de produire la tension de sortie Vout, représentative de l'usure de la pile de disque 2, qui varie, elle, entre une valeur nulle et une valeur strictement positive (courbe C2 sur la figure 7). Ainsi, il est possible de convertir ladite tension de sortie Vout du domaine analogique vers le domaine numérique via un convertisseur analogique-numérique en exploitant la pleine échelle dudit convertisseur analogique- numérique (c'est-à-dire la plage de variation possible d'une tension en entrée dudit convertisseur analogique-numérique). Cela permet d'améliorer significativement la précision de la mesure.
On décrit, en référence à la figure 7, un dispositif de mesure selon un deuxième mode de réalisation de l'invention 110.
Le deuxième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que le dispositif de mesure selon un deuxième mode de réalisation particulier de l'invention 110 comporte des éléments d'armatures 111, 112 ayant chacun la forme d'une plaque, les plaques étant espacées d'une distance Lcav •
La figure 7 met en évidence un avantage majeur de l'invention. En effet, le dispositif de mesure 110 (et notamment la précision de la mesure) n'est pas perturbé par un potentiel déplacement transversale de la tige 114 dans la cavité 117 délimitée par les éléments d'armature 111, 112. Par exemple, la tige peut être dans les trois positions ci- dessous :
- Dans une première position, la tige 114 peut être à une distance l1 de l'aimant 113 et à équidistance des éléments d'armature 111, 112.
- Dans une deuxième position, la tige 114 peut être à une distance I2 de l'aimant 113, telle que la distance I2 est supérieure à la distance l1. En outre, la tige 114 est ici toujours à équidistance des éléments d'armature 111, 112.
- Dans une troisième position, la tige 114 peut être à une distance I3 de l'aimant 113, telle que la distance I3 est inférieure à la distance li. En outre, la tige 114 n'est pas nécessairement à équidistance des éléments d'armature 111, 112. Ici, la tige 114 est plus proche du deuxième élément d'armature 112 que du premier élément d'armature 111.
Le flux magnétique au voisinage du dispositif de mesure 110 ne dépend effectivement que de la section de la portion axiale la tige 114 positionnée dans la cavité 117 entre les éléments d'armature 111, 112. Ainsi, même en cas de défaut de centrage de la tige 114, le dispositif de mesure 110 est capable de fournir une mesure précise de la position linéaire de ladite tige 114, donc de la position linéaire de la cible.
On décrit, en référence à la figure 8, un dispositif de mesure selon un troisième mode de réalisation particulier de l'invention 210.
Le premier élément d'armature 211 comporte une première portion 211a et une deuxième portion 211b successivement définies selon l'axe Y. Les portions 211a, 211b ont toutes les deux une forme plane. En outre, la première portion 211a présente une épaisseur significativement plus faible que celle de la deuxième portion 211b.
De la même manière, le deuxième élément d'armature 212 comporte une première portion 212a et une deuxième portion 212b successivement définies selon l'axe Y. Les portions 212a, 212b ont toutes les deux une forme plane. En outre, la première portion 212a présente une épaisseur significativement plus faible que celle de la deuxième portion 212b.
La différence d'épaisseur entre la première portion 211a et la deuxième portion 211b du premier élément d'armature 211, et entre la première portion 212a et la deuxième portion 212b du deuxième élément d'armature 212 crée un renfoncement dans lequel l'aimant 213 est encastré. Outre la différence d'épaisseur décrite ci-dessus, le troisième mode de réalisation particulier de l'invention est similaire au deuxième mode de réalisation précédemment décrit.
La figure 9 montre également la répartition spatiale de l'intensité de l'induction électromagnétique (mesurée en Tesla) sur le dispositif de mesure 310. L'intensité électromagnétique sur le dispositif de mesure 310 varie entre une valeur minimale égale à 57,602μT et une valeur maximale égale à 1,793T. Afin de visualiser la répartition spatiale de l'intensité de l'induction électromagnétique, cinq intervalles de valeur sont distingués.
L'intensité de l'induction électromagnétique est maximale, avec une valeur située entre 1,476T et 1,793T sur une partie de la première portion 211a du premier élément d'armature 211 et sur une partie de la première portion 212a du deuxième élément d'armature 212.
L'intensité de l'induction électromagnétique est minimale, avec une valeur située entre 57,602μT et 527,341mT, sur la tige 14, sur une partie de la deuxième portion 211b du premier élément d'armature 211 et sur une partie de la deuxième portion 212b du deuxième élément d'armature 212.
L'intensité de l'induction électromagnétique à l'extrémité du pôle positif 13a de l'aimant 13 et à l'extrémité du pôle négatif 13b de l'aimant 13 est comprise entre 949,148mT et 1,160T. L'intensité de l'induction électromagnétique sur l'aimant 13, hors extrémités, est comprise entre l,160T et 1,476T.
On décrit, en référence à la figure 9, un dispositif de mesure selon un quatrième mode de réalisation particulier de l'invention 310.
Le quatrième mode de réalisation diffère du premier mode de réalisation en ce que le dispositif de mesure 310 comporte une première jauge de déformation 315a et une deuxième jauge de déformation 315b (autrement dit, le dispositif de mesure 310 ne comporte pas un capteur magnétique).
La jauge de déformation 315a est montée sur le premier élément d'armature 311. Plus précisément, la jauge 315a est montée sur la première portion 311a du premier élément d'armature 311.
La jauge de déformation 315b est montée sur le deuxième élément d'armature 312. Plus précisément, la jauge 315b est montée sur la première portion 312a du deuxième élément d'armature 312.
En fonction de l'usure de la pile de disque 2, la tige 314 va se déplacer linéairement selon l'axe X dans la cavité 317 délimitée par la deuxième portion 311b du premier élément d'armature 311 et par la deuxième portion 312b du deuxième élément d'armature 312.
Le flux magnétique au voisinage du dispositif de mesure 310 va ainsi varier en fonction du déplacement linéaire de la tige 314. En outre, la variation du flux magnétique va également entrainer une variation de la force qui s'exerce sur chacun des éléments d'armature 311, 312.
La jauge 315a et la jauge 315b vont alors respectivement mesurer la déformation (engendrée par ladite force) du premier élément d'armature 311 et du deuxième élément d'armature 312. Ainsi, la jauge 315a et la jauge 315b vont chacune fournir un signal de sortie représentatif du déplacement linéaire de la tige 314, donc du déplacement linéaire de la cible, donc ici de l'usure de la pile de disque 2. Le signal de sortie de chacune des jauges 315a, 315b est par la suite conditionné par des moyens de conditionnement compris dans l'unité électronique 316.
Le dispositif de mesure, selon les différents modes de réalisation de l'invention décrits ci-dessus, est particulièrement avantageux car il comporte au moins un capteur (capteur magnétique ou jauge de déformation) fournissant un signal de sortie variant en fonction de la position linéaire de la tige, solidaire en translation de la cible. La tige peut donc être adaptée, en fonction de la longueur de sa portion utile pour la mesure, pour effectuer un déplacement linéaire important. Par exemple, dans le cas de la mesure d'usure de la pile de disques d'un frein d'aéronef, un déplacement linéaire important est un déplacement supérieur à 50mm. Ainsi, le dispositif de mesure selon l'invention est capable de fournir une mesure précise même lorsque la cible effectue un déplacement linéaire important. En particulier, lorsque la portion de la tige utile pour la mesure a une forme tronconique, le signal de sortie du capteur est directement proportionnel à la position linéaire de la tige, donc à la position linéaire de la cible.
En outre, le dispositif de mesure selon l'invention comporte seulement quatre éléments distincts (les deux éléments d'armature, l'aimant, la tige et le capteur) et est donc peu encombrant et peu coûteux.
Le dispositif de mesure selon l'invention présente également une précision de mesure satisfaisante (c'est-à- dire inférieure à 0,5mm) sur une large plage de température.
En outre, le dispositif de mesure selon l'invention est capable de fonctionner dans un environnement caractérisé par une température élevé, par exemple une température de l'ordre de 150°C.
En outre, le dispositif de mesure permet de mesurer un déplacement linéaire d'une cible sans que la tige (solidaire de la cible) soit en contact avec le circuit magnétique (ici, les éléments d'armature fabriqués avec au moins un matériau ferromagnétique) . Le dispositif de mesure selon l'invention est ainsi inusable.
En outre, le dispositif de mesure selon l'invention nécessite peu d'énergie pour fonctionner vu qu'il fonctionne uniquement avec au moins un capteur connecté à une unité électronique comportant au moins un circuit électronique analogique de conditionnement simple, un convertisseur analogique-numérique et des moyens de communication.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications.
En particulier, les différents modes de réalisation décrits peuvent être combinés librement en fonction des besoins et/ou des contraintes de l'application considérée.
Il est également prévu que le capteur puisse éventuellement intégrer des éléments additionnels afin de répondre à des contraintes de mise en œuvre mécanique et/ou d'intégration. Par exemple, des résines, des plastiques ou encore des matériaux non magnétiques.
Il est également possible que le capteur soit directement intégré dans l'unité électronique. En outre, si l'unité électronique comprend une carte électronique, il est possible que le capteur soit directement monté (par exemple soudé) sur ladite unité électronique.
Bien qu'ici la tige comporte une portion de forme tronconique, il est tout à fait possible que ladite portion présente une autre forme. Par exemple, ladite portion de la tige pourrait avoir une forme conique ou une forme « en escalier » avec un pas correspondant à la résolution spécifiée pour le dispositif de mesure.
Bien qu'ici (voir en particulier la figure 1) la longueur du premier et du deuxième élément d'armature est inférieure à la longueur de la première portion de la tige utile pour la mesure (c'est-à-dire, en référence à la figure 3, à la longueur L de la première portion 14a de la tige 14), il est possible que lesdits premier et deuxième éléments d'armature présentent une longueur égale ou supérieure à la longueur de ladite première portion de la tige utile pour la mesure.
Bien qu'ici le dispositif de mesure selon l'invention est présenté en application à un frein d'une roue d'aéronef, la présente invention peut s'appliquer à tout système nécessitant un dispositif de mesure d'une position linéaire d'une cible. La présente invention s'applique, en particulier, dans les systèmes nécessitant un dispositif de mesure d'une position linéaire d'une cible devant présenter un coût faible et devant fonctionner dans un environnement chaud.

Claims

REVENDICATIONS
1. Dispositif de mesure (10 ; 110 ; 210 ; 310) d'une position linéaire d'une cible, comportant :
- un circuit magnétique comprenant un premier élément d'armature (11 ; 111 ; 211 ; 311) et un deuxième élément d'armature (12 ; 112 ; 212 ; 312), positionnés de part et d'autre d'un axe X et fabriqués avec au moins un matériau ferromagnétique ;
- un aimant (13 ; 113 ; 213 ; 313) situé entre le premier élément d'armature et le deuxième élément d'armature de sorte qu'un premier pôle (13a ; 113a ; 213a ; 313a) de l'aimant est positionné du côté du premier élément d'armature (11 ; 111 ; 211 ; 311), et qu'un deuxième pôle (13b ; 113b ; 213b ; 313b) de l'aimant est positionné du côté du deuxième élément d'armature (12 ; 112 ; 212 ; 312)
- une tige (14 ; 114 ; 214 ; 314) agencée pour être solidaire de la cible et insérée entre le premier élément d'armature et le deuxième élément d'armature pour coulisser selon l'axe X, la tige présentant une section variable selon sa longueur, de sorte qu'un flux magnétique dans le circuit magnétique dépend d'une position linéaire de la tige selon l'axe X ;
- au moins un capteur (15 ; 115 ; 215 ; 315) agencé pour mesurer au moins un paramètre représentatif du flux magnétique, et donc de la position linéaire de la tige, et donc de la position linéaire de la cible le premier élément d'armature et le deuxième élément d'armature comprenant chacun une première portion (lia, 12a ; 211a, 212a ; 311a, 312a) et une deuxième portion (11b, 12b ; 211b, 212b ; 311b, 312b) successivement définies selon un axe Y perpendiculaire à l'axe X, l'aimant et le capteur étant positionnés entre la première portion (lia ; 211a ; 311a) du premier élément d'armature et la première portion (12a ; 212a ; 312a) du deuxième élément d'armature, et l'axe X entre la deuxième portion (11b ; 211b ; 311b) du premier élément d'armature et la deuxième portion (12b ; 212b ; 311b) du deuxième élément d'armature.
2. Dispositif de mesure selon la revendication 1, la tige comportant une portion (14a) de forme tronconique.
3. Dispositif de mesure selon la revendication 1, la deuxième portion (211b) du premier élément d'armature (211) et la deuxième portion (212b) du deuxième élément d'armature (212) ayant chacune une forme plane.
4. Dispositif de mmeessuurree selon la revendication 1, la deuxième portion (11b ; 311b) dduu premier élément d'armature (11 ; 311) et la deuxième portion (12b ; 312b) du deuxième élément d'armature (12 ; 312) ayant chacune une forme semi-cylindrique d'axe X.
5. Dispositif de mmeessuurree selon la revendication 1, la première portion (lia ; 211a ; 311a) du premier élément d'armature (11 ; 211 ; 311) et la première portion (12a ; 212a ; 312a) du deuxième élément d'armature (12 ; 212 ; 312) ayant chacune une forme plane.
6. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, le premier pôle de l'aimant étant en contact avec la première portion du premier élément d'armature, et le deuxième pôle de l'aimant étant en contact avec la première portion du deuxième élément d'armature.
7. Dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, le matériau ferromagnétique étant un alliage de fer et de nickel.
8. Dispositif de mmeessuurree selon l'une des revendications précédentes, le au moins un capteur étant un capteur magnétique.
9. Dispositif de mesure selon la revendication 8, le capteur magnétique étant uunn capteur à effet Hall analogique agencé pour mesurer le flux magnétique.
10. Dispositif de mesure selon la revendication 8, le capteur magnétique étant un capteur à effet Hall numérique agencé pour mesurer le flux magnétique.
11. Dispositif de mesure selon la revendication 1, l'aimant étant positionné entre la tige et le capteur.
12. Dispositif de mmeessuurree d'une position selon la revendication 9, le au moins un capteur à effet Hall analogique ééttaanntt connecté àà un circuit électronique analogique (20) comportant un amplificateur opérationnel (21) connecté en soustracteur, ledit circuit électronique analogique étant agencé pour soustraire, à un signal électrique de mesure fourni par le au moins un capteur, uunnee tension de décalage afin d'exploiter pleine échelle du convertisseur analogique-numérique.
13. Dispositif de mesure selon l'une des revendications 1 à 7, le aauu moins uunn capteur étant une première jauge de déformation (315a ) montée ssuurr le premier élément d'armature et une deuxième jauge de déformation (315b) montée sur le deuxième élément d'armature, chaque jauge de déformation ééttaanntt agencée pour mesurer une déformation de l'élément d'armature sur lequel elle est montée.
14. Frein (1) d'une roue d'aéronef comprenant une pile de disques de friction (2), une plaque de poussée (5) montée sur la pile de disques de friction, des actionneurs agencés pour appliquer un effort de freinage sur la plaque de poussée et donc sur la pile de disques de friction, et uunn dispositif de mesure selon l'une des revendications précédentes, la cible étant une face externe (6) de la plaque de poussée.
15. Aéronef comprenant une roue et un frein selon la revendication 14, ledit frein étant agencé pour freiner ladite roue.
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