FR2687478A1 - Dispositif de mesure d'un gradient de champ magnetique dont les erreurs de sensibilite et de desalignement sont minimisees. - Google Patents
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Abstract
Le gradientmètre comporte un capteur d'un gradient de champ magnétique associé à des circuits électroniques, le capteur comportant un seul noyau magnétique (11) saturable disposé sur un support et deux enroulements (12, 13) bobinés en série sur le support et autour du noyau magnétique et utilisés à la fois pour l'excitation du noyau magnétique et pour la détection du gradient de champ magnétique. Application à la détection d'objets ferromagnétiques.
Description
DISPOSITIF DE MESURE D'UN GRADIENT DE CHAMP MAGNETIQUE
DONT LES ERREURS DE SENSIBILITE ET DE DESALIGNEMENT SONT M MS
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure d'un gradient de champ magnétique, connu sous le nom de gradientmètre magnétique, dont les erreurs de sensibilité et de désalignement sont minimisées. La mesure d'un gradient de champ magnétique est généralement appliquée à la détection d'objets ferromagnétiques.
DONT LES ERREURS DE SENSIBILITE ET DE DESALIGNEMENT SONT M MS
La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure d'un gradient de champ magnétique, connu sous le nom de gradientmètre magnétique, dont les erreurs de sensibilité et de désalignement sont minimisées. La mesure d'un gradient de champ magnétique est généralement appliquée à la détection d'objets ferromagnétiques.
Pour que la mesure effectuée par un gradientmètre soit significative de la présence d'une pièce ferromagnétique, le gradientmètre doit être d'autant plus sensible que les objets ferromagnétiques à détecter sont de faibles dimensions et sont situés dans un environnement magnétique perturbé où il existe de fortes variations du champ magnétique ambiant; c'est le cas, par exemple, de la détection de pièces magnétiques sur des plongeurs démineurs à bord d'un bateau.
II est connu de mesurer le gradient de la composante d'un champ magnétique selon une direction d'axe X-X déterminée en plaçant, sur cet axe, deux éléments de mesure du champ magnétique distincts, notés A et B, à noyaux saturables directifs, alignés sur un même support et espacés d'une distance d. Ces deux éléments de mesure sont des sondes magnétiques ou des magnétomètres. Les signaux de sortie des deux magnéto mètres sont traités différentiellement, le signal différentiel constituant la mesure du gradient de champ magnétique.
Cependant, les mesures du gradient de champ magnétique sont affectées par deux sources d'erreur importantes. La première source d'erreur est l'écart de sensibilité des deux magnétomètres A et B dû aux défauts intrinsèques des magnétomètres pris individuellement et à l'électronique associée. Cet écart de sensibilité engendre une erreur de mesure proportionnelle à l'amplitude de la composante Hx du champ magnétique suivant l'axe de mesure du gradientmètre.
La deuxième source d'erreur est te défaut de colinéarité des axes de mesure des deux magnétomètres A et B. Un désalignement d'angle a des deux magnétomètres A et B l'un par rapport à l'autre, engendre une erreur de mesure proportionnelle à Hz sin a, où Hz est la composante du champ magnétique savant une diectron perpendifite â Iraxe de mesure du gradientmtr.
II est connu de compenser ces deux termes d'erreur en disposant une première sonde supplémentaire suivant l'axe de mesure du gradient et deux autres sondes perpendiculaires à l'axe de mesure du gradient et perpendiculaires entre elles.
Cette configuration est satisfaisante dans son fonctionnement, mais pénalise l'encombrement et la complexité du gradientmètre.
Un premier but de l'invention est de réaliser un gradientmètre dont les éléments de mesure ont des écarts de sensibilité et de colinéarité aussi réduits que possible, et permettant de détecter des pièces ferromagnétiques de faibles dimensions, par exemple quelques centimètres, dans un environnement magnétique très perturbé.
Un deuxième but de l'invention est de définir des moyens simples de correction du défaut d'alignement résiduel sans ajouter des magnétomètres auxiliaires.
Pour réduire les erreurs de sensibilité et de colinéarité des deux éléments de mesure du gradientmètre, I'invention consiste à réaliser un capteur de gradient de champ magnétique comportant un support rigide, un seul noyau magnétique et deux enroulements de même longueur bobinés en série autour du noyau magnétique et utilisés à la fois pour l'excitation du noyau et pour la détection du gradient de champ.
Pour augmenter la sensibilité du gradientmètre, et détecter des pièces ferromagnétiques de petites dimensions dans un environnement magnétique très perturbé, la distance d séparant les deux éléments de mesure et la distance de mesure D entre le capteur du gradientmètre et une pièce magnétique à détecter sont optimisées.
Selon l'invention, le dispositif de mesure d'un gradient de champ magnétique comportant un capteur du gradient de champ magnétique associé à des circuits électroniques, est caractérisé en ce que le capteur de mesure comporte un seul noyau magnétique såturabte d'axe X-X disposé sur un support et au plus deux enroulements bobinés sur le support autour du noyau magnétique et utilisés à la fois pour Itexcitation du noyau magnétique et pour la détection du gradient de champ magnétique
D'autres partrcularités et avantages de l'invention apparaitmnt clairement dans la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent
- la figure 1 : un schéma de principe d'un gradientmètre, selon l'art antérieur,
- la figure 2 : un schéma de principe d'un gradientmètre, selon l'invention,
- la figure 3 : une vue en coupe d'un exemple de disposition d'un noyau magnétique dans le support, selon l'invention,
- la figure 4 : un exemple de courbe hyperbolique montrant la variation du champ magnétique en fonction de la distance de mesure D,
- la figure 5 : un exemple de réalisation du capteur du gradientmètre permettant de fixer la distance de mesure D, selon l'invention,
- la figure 6 : un schéma du principe de la compensation du défaut d'alignement résiduel des deux éléments de mesure du capteur du gradientmètre, selon l'invention.
D'autres partrcularités et avantages de l'invention apparaitmnt clairement dans la description suivante donnée à titre d'exemple non limitatif et faite en regard des figures annexées qui représentent
- la figure 1 : un schéma de principe d'un gradientmètre, selon l'art antérieur,
- la figure 2 : un schéma de principe d'un gradientmètre, selon l'invention,
- la figure 3 : une vue en coupe d'un exemple de disposition d'un noyau magnétique dans le support, selon l'invention,
- la figure 4 : un exemple de courbe hyperbolique montrant la variation du champ magnétique en fonction de la distance de mesure D,
- la figure 5 : un exemple de réalisation du capteur du gradientmètre permettant de fixer la distance de mesure D, selon l'invention,
- la figure 6 : un schéma du principe de la compensation du défaut d'alignement résiduel des deux éléments de mesure du capteur du gradientmètre, selon l'invention.
La figure 1 représente un schéma de principe d'un gradientmètre, selon l'art antérieur.
Le gradientmètre comporte deux magnétomètres distincts A et
B à noyaux såturables directifs, c'est-à-dire deux noyaux distincts, alignés suivant un axe X-X, sur un même support 10, un dispositif d'excitation 15 connecté en entrée de chacun des magnétomètres, un dispositif de détection 20 connecté en sortie de chacun des magnétomètres, et un dispositif de mesure 25 du gradient de champ détecté par le dispositif de détection.
B à noyaux såturables directifs, c'est-à-dire deux noyaux distincts, alignés suivant un axe X-X, sur un même support 10, un dispositif d'excitation 15 connecté en entrée de chacun des magnétomètres, un dispositif de détection 20 connecté en sortie de chacun des magnétomètres, et un dispositif de mesure 25 du gradient de champ détecté par le dispositif de détection.
Les centres des deux magnétomètres A et B sont espacés d'une distance d. Classiquement, un magnétomètre comporte un enroulement d'excitation et un enroulement de sortie (non représeretésk bobinés autour d'un noyau magnétique.
Le fonctionnement du gradientmètre est le suivant: les enroulements d'excitation de chaque magnétomètre sont alimentés en courant atematif par le dispositif d'excitation 15 Pour chaque magnétornêtre, un champ magnétique Hx extérieur dirigé selon l'axe du noyau y engendre un flux de deuxième harmonique qui passe dans l'enroulement de sortie et y engendre une tension de sortie en deuxième harmonique. Les tensions de sortie de chaque magnétomètre sont traitées différentiellement par le dispositif de détection 20 de façon à en extraire un signal significatif d'un éventuel gradient de champ et à en déduire la présence d'un objet ferromagnétique 5 de moment magnétique
M.
M.
En l'absence d'erreur de colinéarité des axes des magnéto mètres et de sensibilité des deux magnétomètres, dans un champ magnétique uniforme, les composantes du champ magnétique h1 et h2 sur chacun des deux magnétomètres sont égales, et le signal différentiel h1 - h2 est nul. S'il existe un corps magnétique 5 dans un volume où le gradientmètre est sensible, le champ magnétique mesuré sera plus intense pour l'un des magnétomètres que pour l'autre. Par suite, le signal de sortie de l'un des magnétomètres sera plus grand que celui de l'autre magnétomètre, et un signal différentiel appréciable sera obtenu. Ce signal différentiel indique la présence de l'objet magnétique.
Sur la figure 1, I'objet magnétique M est situé à la distance D du magnétomètre A et à la distance (D + d) du magnétomètre B. Les champs magnétiques h1 et h2 que l'objet engendre aux distances D et (d + D) sont tels que h1 > h2.
La figure 2 représente un schéma de principe d'un gradientmètre, selon l'invention.
Le gradientmètre comporte un capteur à noyau ferromagnétique saturable associé à des circuits électroniques d'excitation du noyau et de détection d'un gradient de champ magnétique. Le capteur magnétique comporte un support rigide, 10, de préférence cylindrique, d'axe longitudinal X-X, un seul noyau magnétique i i à haute perméabilité magnétique (la perméabilité /1 étant supérieure à 50 000) et deux enroulements 12, 13 de même longueur L bobinés en série autour du noyau. Les deux enroulements 12, 13 sont utilisés à la fois pour l'excitation du noyau et pour la détection du gradient de champ.
Le noyau magnétique définissant l'axe, ou tes axes (s'il y a une erreur d'arrgte), de mesure du gradientmètre, est immobilisé mécaniquement sur le support en effectuant un compromis entre les contraintes et la stabilité angulaire du noyau sur toute sa longueur.
La figure 3 représente une vue en coupe d'un exemple de disposition d'un noyau magnétique dans le support, selon l'invention.
Selon une réalisation préférée permettant d'obtenir une bonne stabilité angulaire du noyau magnétique 1 1 et de faibles contraintes mécaniques, le support 10 comporte une rainure 14 longitudinale dont les dimensions en longueur, en largeur et en épaisseur sont légèrement supérieures aux dimensions respectives du noyau. Le noyau peut, par exemple, être réalisé dans un matériau amorphe magnétique, et avoir la forme d'une bande dont un exemple de dimensions peut être 3 mm de largeur et 35 ,um d'épaisseur. Le noyau peut également avoir une forme cylindrique.
Le noyau 1 1 est logé à l'intérieur de la rainure 14 et est plaqué contre le support par des moyens élastiques 19 permettant de maintenir le noyau en place sans le contraindre. Par exemple, une gaine plastique creuse peut être utilisée comme moyen élastique.
Les moyens élastiques 19 sont coincés par les deux enroulements 12, 13, ces enroulements étant bobinés sur le support autour du noyau, et le noyau étant centré dans les enroulements. Deux usinages sont prévus autour du support pour disposer les enroulements.
Les deux enroulements ont la même longueur L et sont tels que la distance I séparant les deux enroulements est toujours petite devant la longueur L d'un enroulement de façon à ce que les mesures du gradientmètre ne soient pas perturbées par des variations du champ magnétique ambiant. Les deux enroulements sont connectés en série et leur point de connexion est relié à une prise électrique commune I constituant le point milieu de l'ensemble des deux enroulements. il est également possible d'utiliser un seul enroulement à prise médiane.
Le support est réalisé dans un matériau indéformable, par exemple en céramique, et préférentiellement en quartz pour la stabilité en ternpra'ture de ce maténau.
Les circuits étectrnniques associés au capteur comportent r
- un générateur de courant alternatif 15 à fréquence musicale, la fréquence F étant comprise entre 1 et 10 kHz. Le générateur comporte en sortie un transformateur d'adaptation 1 6 ayant un enroulement secondaire à prise médiane, cette prise médiane étant reliée à la masse électrique. Ce générateur est destiné à porter à saturation le noyau magnétique 1 1 du capteur. Aux bornes du secondaire du transformateur sont connectés les enroulements 12, 13 qui entourent le noyau magnétique. Le circuit comportant les enroulements 12, 13 du capteur et le secondaire du transformateur constitue un circuit en pont équilibré, alimenté sur l'une de ses diagonales, entre les bornes extrêmes 17 et 18, des deux enroulements, par le générateur d'excitation 15. La tension de sortie du capteur est recueillie entre la prise médiane du secondaire du transformateur et la borne commune I des enroulements 12, 13, et est appliquée sur un dispositif de détection 20 du signal de second harmonique significatif du champ magnétique différentiel à mesurer, ce dispositif de détection 20 recevant également en entrée le signal de fréquence F provenant du générateur d'excitation 15.
- un générateur de courant alternatif 15 à fréquence musicale, la fréquence F étant comprise entre 1 et 10 kHz. Le générateur comporte en sortie un transformateur d'adaptation 1 6 ayant un enroulement secondaire à prise médiane, cette prise médiane étant reliée à la masse électrique. Ce générateur est destiné à porter à saturation le noyau magnétique 1 1 du capteur. Aux bornes du secondaire du transformateur sont connectés les enroulements 12, 13 qui entourent le noyau magnétique. Le circuit comportant les enroulements 12, 13 du capteur et le secondaire du transformateur constitue un circuit en pont équilibré, alimenté sur l'une de ses diagonales, entre les bornes extrêmes 17 et 18, des deux enroulements, par le générateur d'excitation 15. La tension de sortie du capteur est recueillie entre la prise médiane du secondaire du transformateur et la borne commune I des enroulements 12, 13, et est appliquée sur un dispositif de détection 20 du signal de second harmonique significatif du champ magnétique différentiel à mesurer, ce dispositif de détection 20 recevant également en entrée le signal de fréquence F provenant du générateur d'excitation 15.
En l'absence d'un gradient de champ magnétique extérieur, il n'existe pas de dissymétrie de saturation du noyau et la tension recueillie en sortie du capteur a une valeur moyenne nulle.
Quand un gradient de champ continu extérieur existe, la saturation du noyau magnétique 1 1 est dissymétrique pour chaque série d'alternances du courant d'excitation. Cette dissymétrie est due à la composante du gradient de champ suivant l'axe du capteur. La tension recueillie en sortie du capteur comporte alors une composante à la fréquence double du signal d'excitation caractéristique de la composante du champ magnétique différentiel suivant l'axe du capteur. La polarité et l'amplitude de cette tension de sortie dépendent de la polarité et de l'amplitude de cette composante. Classiquernent, le disposittf de détection comporte
- un amplificateur sélectif dont la fréquence centrale est le second harmonique du signal d'excitation,
- un démodulateur synchrone permettant de transformer le signal de second harmonique variable en phase et en amplitude en fonction de la polarité et de l'amplitude du champ différentiel à détecter, en un signal continu variable en signe et en amplitude à l'image du signal de second harmonique,
- un amplificateur d'asservissement qui reçoit sur son entrée le signal démodulé et dont la sortie délivre à travers une résistance R2 un courant de contre-réaction significatif du champ différentiel à mesurer. Le courant introduit en contre-réaction en entrée du dispositif de détection, compense en majeure partie l'effet de la composante du champ différentiel suivant l'axe du capteur et fournit, aux bornes de la résistance R2, une tension proportionnelle à cette composante pouvant être appliquée à l'entrée d'un dispositif de mesure 25, par exemple un voltmètre.
- un amplificateur sélectif dont la fréquence centrale est le second harmonique du signal d'excitation,
- un démodulateur synchrone permettant de transformer le signal de second harmonique variable en phase et en amplitude en fonction de la polarité et de l'amplitude du champ différentiel à détecter, en un signal continu variable en signe et en amplitude à l'image du signal de second harmonique,
- un amplificateur d'asservissement qui reçoit sur son entrée le signal démodulé et dont la sortie délivre à travers une résistance R2 un courant de contre-réaction significatif du champ différentiel à mesurer. Le courant introduit en contre-réaction en entrée du dispositif de détection, compense en majeure partie l'effet de la composante du champ différentiel suivant l'axe du capteur et fournit, aux bornes de la résistance R2, une tension proportionnelle à cette composante pouvant être appliquée à l'entrée d'un dispositif de mesure 25, par exemple un voltmètre.
Le circuit en pont doit être parfaitement équilibré et la structure du capteur doit être parfaitement symétrique de façon à ce que les deux enroulements 12, 13 du capteur constituent deux éléments de mesure U,
V ayant la même sensibilité.
V ayant la même sensibilité.
Lorsque le gradientmètre est soumis à un champ magnétique H uniforme, si les éléments de mesure U et V ont la même sensibilité, la tension de sortie du capteur est nulle. Si les deux éléments de mesure U et V n'ont pas la même sensibilité, la tension de sortie n'est pas nulle.
Pour corriger le défaut de sensibilité entre les deux éléments de mesure, la valeur de la tension de sortie est d'abord réduite en centrant au mieux le noyau magnétique dans les enroulements. Ensuite un réglage fin est effectué au moyen d'une résistance variable R1 dont les points extrêmes sont connectés aux bornes 17 et 18 des enroulements 12 et 13 et dont le point curseur est connecté au point milieu I des deux enroulements 12, 13.
Pour augmenter la sensibilité du gradientmètre et pouvoir dans un milieu ambiant très perturbé, détecter des petites pièces ferromagnétiques produisant un champ magnétique de l'ordre d'une dizaine de nano Teslas à une dizaine de centimètres, il est nécessaire de rapprocher le plus possible tes deux éléments de mesure du gradient- mètre afin d'être à l'abri es perturbations locales du champ magnétique ambiant, et de rapprocher le capteur le plus possible de la pièce à détecter afin d'obtenir un signal à mesurer ayant une amplitude la plus élevée possible par rapport aux défauts de sensibilité et d'alignement du capteur.
En se référant à la figure 2, la distance d représente la distance séparant les centres des deux éléments de mesures constitués par les enroulements 12, 13 et le noyau magnétique 11 ; la distance D est la distance séparant le centre de la pièce magnétique de moment magnétique M à détecter, du centre de l'enroulement le plus proche de cette pièce magnétique, soit l'enroulement 13 sur la figure 2.
Les champs magnétiques h1 et h2 mesurés respectivement par les éléments U et V sont déterminés de façon connue par les expressions suivantes
hl= llo M h2 = A M
cd+D > 3
où M est le moment magnétique de la pièce à détecter ; po = 4# x 10-7 est la perméabilité magnétique de l'air.
hl= llo M h2 = A M
cd+D > 3
où M est le moment magnétique de la pièce à détecter ; po = 4# x 10-7 est la perméabilité magnétique de l'air.
Le signal différentiel à mesurer est donc
La figure 4 représente un exemple de courbe hyperbolique montrant la variation du champ magnétique mesuré en fonction de la distance de mesure D. Cette courbe montre que pour une distance d constante séparant les deux éléments de mesure U et V, la valeur du signal différentiel (h1 - h2) augmente lorsque la valeur de D diminue.
Cette courbe montre également qu'en réduisant la valeur de D, le signal h1 augmente plus rapidement que le signal h2, donc le rapport h1 / h2 = (D+d)3/D3 augmente. Pour obtenir un signal à mesurer le plus élevé possible, il est donc nécessaire de réduire la distance D autant que possible
Ainsi, pour une pièce magnétique de faibles dimensions géométriques, par exemple de t' ordre de 5 à 10 mm, la distance D pourra être aisément réduite jusqu'à ce qu'il y ait contact de la pièce magnétique avec le capteur du gradientmètre.
Ainsi, pour une pièce magnétique de faibles dimensions géométriques, par exemple de t' ordre de 5 à 10 mm, la distance D pourra être aisément réduite jusqu'à ce qu'il y ait contact de la pièce magnétique avec le capteur du gradientmètre.
En ce qui concerne la distance d, il est nécessaire de faire un compromis. En effet, lorsque la distance d entre les deux éléments de mesure U et V augmente, le rapport h1/h2 augmente, donc l'amplitude du signal à mesurer augmente.
Cependant lorsque d augmente, le gradient spatial (h1 - h2)/d diminue et le capteur devient de plus en plus sensible aux perturbations locales du champ ambiant, et ceci d'autant plus que la distance D est grande. Si la distance d est trop grande, la valeur du gradient (h1 - h2) à mesurer devient plus faible que les variations locales du champ ambiant, et la mesure effectuée par le gradientmètre n'est plus significative de la présence d'une pièce ferromagnétique.
A titre d'exemple, la détection d'une pièce ferromagnétique qui produit un champ magnétique de 10 nano Teslas à 10 cm, a été considérée. Le moment M de cette pièce magnétique est déterminé par l'égalité suivante
M = HD3/po = 8.10-6 A/m2.
M = HD3/po = 8.10-6 A/m2.
Pour cette pièce magnétique, deux cas ont été considérés.
Dans le premier cas, les éléments de mesure U et V sont espacés d'une distance d = 3,5 cm, et la distance D est égale à la distance d. Dans ces conditions, les champs mesurés par les éléments U et V sont respectivement h1 = 232 nT et h2 = 29 nT, et le gradient de champ h1- h2 = 203 nT soit 5 800 nT/m.
Dans le deuxième cas, les distances d et D sont respectivement égales à 20 cm et 5 cm. Dans ces conditions, les champs h1 et h2 sont respectivement égaux à 80 nT et pratiquement zéro, et te gradient de champ ha - h2 = 80 nT soit 400 nT/m. Cette dernière valeur est insuffisante dans un champ magnétique très perturbé tel qu'on ie trouve notamment sur un chasseur de mines. Une distance d égale à 20 cm est donc trop grande.
Les meileurs choix permettant d'obtenir une amplitude du signal à détecter suffisante et une mesure du gradientmètre significative de la présence d'une pièce ferromagnétique ont été déterminés par expérience. Ces choix sont tels que les valeurs de d sont comprises entre les valeurs de D et de D/4: D < d < D
4
Dans ces conditions, les valeurs du rapport h1/h2 varient entre 2 et 8.
4
Dans ces conditions, les valeurs du rapport h1/h2 varient entre 2 et 8.
Le capteur du gradientmètre est donc optimisé en tenant compte de l'amplitude du moment magnétique de la pièce à détecter et de l'inhomogénéité du champ magnétique ambiant, et en ajustant les valeurs des distances d et D de façon à obtenir une amplitude du signal à détecter suffisante et une mesure de gradient de champ significative de la présence de la pièce à détecter.
La figure 5 représente un exemple de réalisation du capteur du gradientmètre permettant de fixer la distance de mesure D.
Dans une réalisation préférée du gradientmètre, le capteur est enfermé dans une enveloppe de protection rigide 50 sur laquelle est adapté un embout 51, de préférence sphérique > creux en matériau amagnétique tel que du plastique. Cet embout sphérique entoure au moins l'un des enroulements du capteur magnétique et est destiné à être mis en contact avec la pièce ferromagnétique 5 à mesurer. Le rayon de l'embout a une valeur égale à la distance D optimale pour la mesure du gradient de champ créé par la pièce ferromagnétique 5 à détecter. Un tel embout a l'avantage de maintenir une distance de mesure D constante.
La figure 6 représente un schéma de principe de la compensation du défaut d'alignement résiduel des deux éléments de mesure du capteur du gradientmètre, selon l'invention.
Si le champ est uniforme, et donc le gradient flUIt la différence de mesure des deux éléments de mesure U et V devrait être nulle. Ce n'est pas le cas à cause de l'erreur de colinéarité des deux éléments de mesure U et V. Pour augmenter la sensibilité du gradientmètre, -il est tout à fait nécessaire de corn'ge cette erreur. Pour celer dans un premier temps, un étalonnage est efftttuê pour déterminer la valeur de l'angle ct de désalignement entre tes deux éléments de mesure U et V Cet étalonnage est effectué en faisant tourner le capteur du gradientmètre autour de son axe de mesure X-X et en présence d'un champ magnétique perpendiculaire à cet axe, d'amplitude Hz, de signe et de direction connus.
Pendant cette rotation du capteur, la valeur du signal de sortie du capteur évolue, en fonction de l'angle ss de rotation du capteur par rapport au champ magnétique perpendiculaire Hz, selon une courbe sinusoïdale de la forme Hz sina cos ss. En choisissant un repère orthonormé dans le plan de rotation du capteur, c'est-à-dire le plan perpendiculaire à l'axe du capteur, le relevé de cette courbe permet d'obtenir l'orientation de l'angle a dans le repère choisi ainsi que la valeur de l'angle a. La valeur de l'angle a est déterminée de préférence à partir de l'amplitude crête du signal sinusoïdal.
Lorsque la valeur et l'orientation de l'angle a est déterminée, la compensation de cette erreur est effectuée au moyen d'un élément ferromagnétique 60 à très faible rémanence dont la masse et l'emplacement sont choisis de façon que l'effet de cet élément ferromagnétique agisse comme un contrepoids et contrebalance l'effet de l'erreur d'alignement.
Pour cela, I'élément ferromagnétique de compensation 60 est disposé dans un plan P contenant l'axe de mesure du gradientmètre et l'angle d'erreur a.
L'élément ferromagnétique de compensation est réalisé dans un matériau à très faible rémanence de façon à ce qu'il ne crée pas un champ magnétique perturbateur augmentant le champ magnétique permanent ambiant.
Selon une réalisation préférée de l'invention, l'élérnent ferromagnétique de compensation est situé sur l'embout sphérique de l'enveloppe protégeant le capteur du gradientmètre.
La compensation ainsi réalisée est indépendante de l'amplitude du champ magnétique perpendiculaire en Cette compensation est dttEtSrtt plus stable que erreur d'alignement d'angle a est faible et que le noyau magnétique principal du capteur est stable.
La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation précisément décrits, notamment le capteur magnétique peut comporter un seul enroulement à prise médiane ou deux enroulements identiques connectés en série. Par ailleurs, I'embout de l'enveloppe du capteur n'est pas obligatoirement sphérique, I'embout peut avoir une autre forme dès l'instant que cette forme permet de maintenir, selon l'axe de mesure, une distance constante entre le capteur et une pièce ferromagnétique à mesurer.
Claims (11)
1 - Dispositif de mesure d'un gradient de champ magnétique comportant un capteur du gradient de champ magnétique associé à des circuits électroniques, caractérisé en ce que le capteur de mesure comporte un se noyau magnétique 11 satuRable d'axe X-X disposé sur un support (10) et au plus deux enroulements (12, 73F bobinés sur le support autour du noyau magnétique et utilisés b la fois pour l'excitation du noyau magnétique et pour la détection du gradient de champ magnétique.
2 - Dispositif de mesure d'un gradient de champ magnétique selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur comporte un seul enroulement ayant une prise médiane I permettant de définir deux éléments de mesure U, V d'une composante Hx du champ magnétique suivant l'axe du noyau magnétique.
3 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur du gradient de champ magnétique comporte deux enroulements (12, 13) de même longueur L bobinés en série sur le support (10) autour du noyau magnétique (11) et définissant deux éléments de mesure (U, V) d'une composante Hx du champ magnétique suivant l'axe du noyau magnétique.
4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le noyau magnétique (11) est logé à l'intérieur d'une rainure longitudinale (14) du support et est plaqué contre le support par des moyens élastiques (19) permettant de maintenir le noyau en place sans le contraindre, ces moyens élastiques étant coincés par les enroulements (12, 13) et le noyau magnétique étant centré dans les enroulements.
5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que les centres des deux éléments de mesure U et V sont espacés d'une distance d dont la valeur est comprise entre deux valeurs D et D/4, où D représente une distance de mesure minimale entre le capteur du gradient de champ et une pièce ferromagnétique (5) à mesurer.
6 - Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que tes circuits électroniques associés au capteur du gradient de champ comportent
- un générateur (15) de courant alternatif d'excitation à fréquence musicale connecté aux extrémités (17- des enroulements (TZ-T3J du capteur du gradient d champ magnétique par l'intermdiaire d'un transformateur d'adaptation (16),
- un dispositif de détection (20) dont l'entrée est connectée, en sortie du capteur, entre une prise médiane du secondaire du transformateur (16) et une borne commune I des enroulements (12, 13) pour détecter un signal de second harmonique significatif du champ magnétique différentiel à mesurer, et dont la sortie délivre à travers une résistance R2 un courant de contre-réaction destiné à compenser en majeure partie le champ différentiel détecté,
- un dispositif de mesure connecté aux bornes de la résistance
R2 pour mesurer une tension proportionnelle au champ différentiel.
7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la sensibilité des deux éléments de mesure U,V est réglée au moyen d'une résistance variable R1 connectée aux extrémités (17, 18) des enroulements (12, 13) et ayant un point curseur connecté au point milieu
I des deux enroulements (12, 13).
8 - Dispositif selon l'une des revendications 5 ou 6, caractérisé en ce que le capteur du gradient de champ comporte une enveloppe de protection rigide (50) sur laquelle est adapté un embout (51) en matériau amagnétique entourant au moins l'un des enroulements (13) du capteur et destiné à maintenir une distance D de mesure du gradient de champ créé par une pièce ferromagnétique (5) à détecter.
9 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'embout (51) est sphérique.
10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur comporte un élément ferromagnétique (60) de compensation d'un défaut d'alignement d'angle a, des deux éléments de mesure U et V, cet élément de compensation étant réalisé dans un matériau à très faible rémanence et disposé dans un plan P contenant l'axe de mesure du gradientmètre et l'angle a.
11 - Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce que l'élément de compensation (60) est disposé sur l'embout (51) de t'enveloppe du capteur
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