FR2549596A1 - Procede et capteur de mesure de deplacement - Google Patents
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Abstract
L'INVENTION CONCERNE LA MESURE DES DEPLACEMENTS. UN CAPTEUR DE DEPLACEMENT COMPREND UN CIRCUIT RESONNANT SERIE FORME PAR UN CONDENSATEUR C ET UNE BOBINE L DONT LE NOYAU MOBILE N EST RELIE A L'OBJET DONT ON DESIRE MESURER LES DEPLACEMENTS. UNE RESISTANCE R EST CONNECTEE EN SERIE AVEC CE CIRCUIT RESONNANT LC, AUQUEL EST APPLIQUE UN SIGNAL SINUSOIDAL DE FREQUENCE F ENGENDRE PAR UN OSCILLATEUR VCO. UN COMPARATEUR DE PHASE CP RELEVE LE DEPHASAGE ENTRE LES SIGNAUX DE TENSION (AU POINT A) ET DE COURANT(AU POINT B) DU CIRCUIT RESONNANT LC ET DELIVRE UNE TENSION V QUI REGLE LA FREQUENCE F DU SIGNAL APPLIQUE PAR L'OSCILLATEUR VCO AU CIRCUIT RESONNANT LC DE MANIERE A RAMENER LEDIT DEPHASAGE A ZERO. LE SIGNAL DE MESURE EST LE SIGNAL S MODULE EN FREQUENCE QUI EST DELIVRE PAR L'OSCILLATEUR VCO.
Description
Procédé et capteur de mesure de déplacement
L'invention se rapporte tout d'abord à un procédé de mesure de déplacement, dans lequel on fait varier en fonction du déplacement à mesurer la self-inductance d'une bobine faisant partie d'un circuit résonnant et on forme un signal de mesure fonction de la fréquence d'accord de ce circuit résonnant.
L'invention se rapporte tout d'abord à un procédé de mesure de déplacement, dans lequel on fait varier en fonction du déplacement à mesurer la self-inductance d'une bobine faisant partie d'un circuit résonnant et on forme un signal de mesure fonction de la fréquence d'accord de ce circuit résonnant.
La plupart des capteurs de déplacement connus sont soit des capteurs potentiométriques mettant en oeuvre un curseur se déplaçant sur une piste résistive, soit des capteurs à transformateur différentiel, utilisant la modification du rapport de transformation du transformateur par déplacement d'un noyau magnétique, soit des capteurs à courant de Foucault, mettant à profit une modification d'impédance à l'approche d'une masse métallique.
Le procédé de mesure selon s'invention consiste à détecter le déphasage existant entre la tension aux bornes du circuit résonnant et le courant qui y circule et à asservir, à partir du déphasage relevé, un. oscillateur alimentant le circuit résonnant à délivrer un signal dont la fréquence a une valeur telle que le déphasage soit ramené à zéro, ce signal constituant le signal de mesure précité et traduisant par sa fréquence la mesure de déplacement. Il est clair que l'oscillateur, dont le circuit résonnant ne fait cependant pas partie, est ainsi amené à osciller sur une fréquence qui est égale à la fréquence d'accord du circuit résonnant et varie avec celle-ci, donc avec les déplacements du noyau de la bobine.
L'invention a également pour objet un capteur de déplacement électronique permettant de mettre en oeuvre le procédé défini ci-dessus. Ce capteur comprend un détecteur de déplacement constitué par une bobine pourvue d'un noyau magnétique qui se meut en fonction du déplacement à mesurer, et un circuit électronique fournissant, sur la base de la fréquence d'accord variable d'un circuit résonnant incorporant la bobine, un signal électrique représentant le déplacement détecté par la bobine.Selon l'inven- tion, le circuit électronique comprend un oscillateur engendrant un signal sinusoïdal dont la fréquence est commandée par une tension de réglage, ce signal sinusoldal étant appliqué audit circuit résonnant, et un comparateur de phase qui délivre un signal fonction de l'amplitude et du signe de la différence de phase entre la tension développée aux bornes du circuit résonnant et le courant qui le parcourt, ce signal étant appliqué à ltoscillateur pour régler la fréquence du signal qu'il engendre de maniere que le déphasage relevé par le comparateur de phase soit ramené à zéro.
Dans une forme d'exécution préférée, le circuit résonnant est un circuit série. Une résistance de faible valeur est alors de préférence connectée en série avec le condensateur et la bobine de détection composant le circuit résonnant, tandis que, des deux entrées du comparateur de phase, l'une est reliée aux bornes de l'ensemble des trois éléments formés par le condensateur, la bobine et la résistance connectés en série, et l'autre aux bornes de la seule résistance. Ainsi, ces deux entrées reçoivent des signaux correspondant respectivement à la tension et au courant dont le circuit résonnant est le siege, leur déphasage etant mesuré par le comparateur de phase qui délivre un signal de sortie fonction de ce déphasage.
Entre le comparateur de phase et le circuit résonnant peuvent être interposés deux circuits de mise en forme transformant les signaux sinusoidaux issus du circuit résonnant en signaux carrés, lesquels sont appliqués aux entrées du comparateur de phase. Cette disposition convient dans le cas où ledit comparateur est conçu pour traiter des signaux d'entrée de forme carrée.
Le circuit résonnant peut être alimenté en signal sinusoïdal via un circuit fournissant un signal triangulaire à partir d'un signal délivré par l'oscillateur, suivi d'un circuit de mise en forme transformant ce signal triangulaire en un signal sinusoidal. Cette disposition est utilisable lorsque l'oscillateur ne délivre pas directement un signal de forme sinusoldale.
La répartition des spires de la bobine peut être conçue de manière à obtenir la loi de correspondance désirée entre la valeur du déplacement à mesurer et la fréquence du signal de mesure. On peut aussi, dans le même but, utiliser un noyau magnétique de section variable et jouer sur la forme de la génératrice définissant les variations de sa section le long de son axe.
L'un des avantages qu'offre le capteur selon l'invention consiste en ceci que les pannes ou défauts dont il peut éventuellement être le siège (par exemple coupure ou mise en court-circuit de la bobine à noyau mobile) se manifestent clairement par 1 'émission d'un signal de sortie dont la fréquence est en dehors de la plage des fréquences en fonctionnement normal.
D'autres caractéristiques et avantages de 1 'in- vention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard du dessin annexé, d'exemples de réalisation non limitatifs.
La figure 1 représente le schéma de principe d'un capteur de déplacement selon l'invention.
La figure 2 représente le schéma pratique d'un tel capteur
Considérant d'abord la figure 1, on voit que le capteur de déplacement représenté comprend une bobine L constituant l'élément détecteur de déplacement grâce à son noyau magnétique mobile N lié à l'objet dont on désire mesurer les deplacements, ceux-ci déterminant des variations de la self-inductance de la bobine L. Cette bobine forme avec un condensateur C un circuit résonnant série, qui est alimenté avec un signal sinusoïdal de fréquence f délivré par un oscillateur VC0 commandé par une tension V.Un comparateur de phase CP reçoit d'une part le signal apparaissant au point A et développé par i'oscillateur VC0 aux bornes du circuit résonnant LC et d'une résistance R de faible valeur connectée en série avec ce dernier, et d'autre part le signal apparaissant au point B qui se développe aux bornes de la résistance R. Le signal au point
A correspond à la tension aux bornes du circuit résonnant
LC et le signal au point B au courant qui parcourt ce circuit. Le comparateur de phase CP délivre une- tension continue dont l'amplitude dépend de la valeur et du signe du déphasage mutuel des signaux aux points A et B. C'est cette tension V qui est appliquée à ltoscillateur VC0 pour corriger la fréquence f du signal qu'il applique au point A de manière que cette fréquence varie jusqu'à être égale à la fréquence de résonance du circuit résonnant LC, cette égalité se traduisant par un déphasage nul entre les signaux aux points A et B. La fréquence du signal délivrée par l'oscillateur VC0 varie ainsi en fonction des déplacements du noyau N de la bobine L, et ce signal modulé en fréquence constitue le signal de sortie S du coapteur.
Considérant d'abord la figure 1, on voit que le capteur de déplacement représenté comprend une bobine L constituant l'élément détecteur de déplacement grâce à son noyau magnétique mobile N lié à l'objet dont on désire mesurer les deplacements, ceux-ci déterminant des variations de la self-inductance de la bobine L. Cette bobine forme avec un condensateur C un circuit résonnant série, qui est alimenté avec un signal sinusoïdal de fréquence f délivré par un oscillateur VC0 commandé par une tension V.Un comparateur de phase CP reçoit d'une part le signal apparaissant au point A et développé par i'oscillateur VC0 aux bornes du circuit résonnant LC et d'une résistance R de faible valeur connectée en série avec ce dernier, et d'autre part le signal apparaissant au point B qui se développe aux bornes de la résistance R. Le signal au point
A correspond à la tension aux bornes du circuit résonnant
LC et le signal au point B au courant qui parcourt ce circuit. Le comparateur de phase CP délivre une- tension continue dont l'amplitude dépend de la valeur et du signe du déphasage mutuel des signaux aux points A et B. C'est cette tension V qui est appliquée à ltoscillateur VC0 pour corriger la fréquence f du signal qu'il applique au point A de manière que cette fréquence varie jusqu'à être égale à la fréquence de résonance du circuit résonnant LC, cette égalité se traduisant par un déphasage nul entre les signaux aux points A et B. La fréquence du signal délivrée par l'oscillateur VC0 varie ainsi en fonction des déplacements du noyau N de la bobine L, et ce signal modulé en fréquence constitue le signal de sortie S du coapteur.
La figure 2 représente d'une manière détaillée un schéma pratique de réalisation d'un capteur de déplacement.
On reconnalt sur ce schéma la bobine L à noyau mobile N, le condensateur C et la résistance R, le comparateur de de phase CP et l'oscillateur commandé par une tension VC0, ces deux derniers éléments étant inclus dans un circuit intégré CI du type qui permet la réalisation d'une boucle à verrouillage de phase (PLL).Les entrées a et b du comparateur de phase CP sont reliées respectivement aux points A et B par l'intermédiaire de circuits de mise en forme Ta et Tb, du type "trigger de Schmidt" qui transforment les signaux sinuso-idaux apparaissant aux points
A et B en signaux carrés convenant au comparateur CP. Le signal de sortie de celui-ci est filtré par une cellule passe-bas R1 C1 pour former le signal V de pilotage de l'oscillateur commandé VC0. Ce dernier donne naissance, via un circuit T, à un signal triangulaire de frequence f, lequel est tranformé par un circuit de mise en forme MF en un signal sinusoïdal de même fréquence, puis appliqué au point A.Le circuit MF, du type "générateur de fonction", modèle le signal triangulaire pour l'amener à prendre une forme sensiblement sinusoïdale, indépendamment de sa fréquence.
A et B en signaux carrés convenant au comparateur CP. Le signal de sortie de celui-ci est filtré par une cellule passe-bas R1 C1 pour former le signal V de pilotage de l'oscillateur commandé VC0. Ce dernier donne naissance, via un circuit T, à un signal triangulaire de frequence f, lequel est tranformé par un circuit de mise en forme MF en un signal sinusoïdal de même fréquence, puis appliqué au point A.Le circuit MF, du type "générateur de fonction", modèle le signal triangulaire pour l'amener à prendre une forme sensiblement sinusoïdale, indépendamment de sa fréquence.
Le signal de sortie S de I'oscillateur VC0 constitue le signal de sortie du capteur. C'est sa fréquence f qui porte l'information fonction du déplacement détecté par la bobine L grâce à son noyau mobile N.
On peut éventuellement appliquer ce signal à un convertisseur fréquence-tension pour obtenir l'information sous forme de tension variable.
En pratique, le circuit électronique peut être placé soit à côté de la bobine de détection L, soit à distance de celle-ci, y étant relié par deux fils n. Dans ce cas, il est possible de grouper en un même ensemble plusieurs circuits électroniques correspondant à des bobines L distinctes.
Claims (7)
1. Procédé de mesure de déplacement, dans lequel on fait varier en fonction du déplacement à mesurer la self-inductance d'une bobine faisant partie d'un circuit résonnant et on forme un signal de mesure fonction de la fréquence d'accord de ce circuit résonnant, caractérisé par le fait que l'on relève le déphasage existant entre la tension aux bornes du circuit résonnant (LC) et le courant qui y circule et qu'on asservit, à partir du déphasage relevé, un oscillateur (VCO) alimentant le circuit résonnant à délivrer un signal dont la fréquence (f) a une valeur telle que le déphasage soit ramené à zéro, ce signal constituant le signal de mesure (S) précité et traduisant par sa fréquence (f) la mesure de déplacement.
2. Capteur de déplacement électronique, comprenant un détecteur de déplacement constitué par une bobine pourvue d'un noyau magnétique qui se meut en fonction du déplacement à mesurer, et un circuit électronique fournissant, sur la base de la fréquence d'accord variable d'un circuit résonnant incorporant la bobine, un signal électrique représentant le déplacement détecté par la bobine, caractérisé par le fait que le circuit électronique comprend un oscillateur (VC0) engendrant un signal sinusoïdal dont la fréquence (f) est commandée par une tension de réglage (V), ce signal sinusoïdal étant appliqué audit circuit résonnant (LC), et un comparateur de phase (CP) qui délivreun signal (V) fonction de l'amplitude et du signe de la différence de phase entre la tension développée aux bornes du circuit résonnant et le courant qui le parcourt, ce signal étant appliqué à l'oscillateur (VCO) pour régler la fréquence (f) du signal qu'il engendre de manière que le déphasage relevé par le comparateur de phase (CP) soit ramené à zéro.
3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le circuit résonnant (LC) est un circuit série.
4. Capteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait qu'une résistance (R) de faible valeur est connectée en série avec le condensateur (C) et la bobine de détection (L) composant le circuit résonnant (LC) et que, des deux entrées (a,b) du comparateur de phase (CP), l'une est reliée aux bornes de l'ensemble des trois élé- ments formés par le condensateur (C), la bobine (L) et la résistance (R) connectés en série, et l'autre aux bornes de la seule résistance (R).
5. Capteur selon l'une quelconque des revendications-~- 2 à 4, caractérisé par le fait qu'entre le comparateur de phase (CP) et le circuit résonnant (LC) sont interposés deux circuits de mise en forme (Ta, Tb) transformant les signaux sinusoïdaux issus du circuit oscillant en signaux carrés, lesquels sont appliqués aux entrées (a,b) du comparateur de phase (cep)
6. Capteur selon l'une quelconque des revendications-- 2 à 5, caractérisé par le fait que le circuit résonnant (LC) est alimenté un signal sinusoïdal via un circuit (T) fournissant un signal triangulaire à partir d'un signal délivré par l'oscillateur (VCO), suivi d'un circuit de mise en forme (MF) transformant ce signal triangulaire en un signal sinusodal.
7. Capteur selon l'une quelconque des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que la répartition des spires de la bobine (L) est conçue de manière à obtenir la loi de correspondance désirée entre la valeur du déplacement à mesurer et la fréquence (f) du signal de mesure.
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| Date | Code | Title | Description |
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| ST | Notification of lapse |