FR2953288A1

FR2953288A1 - Transducteur de charge magnetostrictif monolithique

Info

Publication number: FR2953288A1
Application number: FR1058816A
Authority: FR
Inventors: Harald Klode
Original assignee: Goodrich Corp
Current assignee: Goodrich Corp
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2010-10-27
Publication date: 2011-06-03
Anticipated expiration: 2030-10-27
Also published as: GB201015775D0; GB2475754B; US20110126640A1; US8820180B2; FR2953288B1; GB2475754A

Abstract

L'invention concerne un capteur de charge comprenant un matériau magnétostrictif (100) et un fil (112). Le matériau magnétostrictif peut comprendre une ouverture, une première face (108), une seconde face (110), une épaisseur et une première entaille (104). Le fil est disposé au moins partiellement dans la première entaille, la première entaille s'étendant transversalement au moins partiellement sur au moins une de la première face et de la seconde face, le fil s'étendant transversalement au moins partiellement sur la première face et la seconde face. Le capteur de charge peut également comprendre un matériau magnétostrictif comprenant une ouverture, une première face, une seconde face, une épaisseur et un premier canal (304), et un fil (308) disposé au moins partiellement dans le premier canal, le premier canal s'étendant transversalement au moins partiellement sur au moins l'une de la première face et de la seconde face, le fil s'étendant transversalement au moins partiellement sur la première face et la seconde face.

Description

TRANSDUCTEUR DE CHARGE MAGNÉTOSTRICTIF MONOLITHIQUE DOMAINE DE L'INVENTION

La présente invention concerne des capteurs de charge, des systèmes capteurs de charge et des procédés de détection de charge.

CONTEXTE DE L'INVENTION

Dans divers systèmes, des capteurs de charge sont utilisés pour détecter et quantifier une charge mécanique. A titre d'exemple, dans un système de freinage pour aéronef, des capteurs de charge peuvent être utilisés pour mesurer une charge mécanique. Le terme de charge mécanique peut désigner de manière générale une force, mais peut également désigner une pression. Comme la pression est constituée d'une force répartie sur une superficie, on peut bien sûr déterminer l'une ou l'autre d'une force et d'une pression pour une superficie de mesure connue. Par conséquent, la charge mécanique peut correspondre à une force, à une pression, ou aux deux. Les capteurs de charge classiques comprennent généralement un ou plusieurs éléments résistifs qui sont collés ou fixés d'une autre manière à un corps élastique tel qu'un élément en acier. Un générateur de force (tel qu'un actionneur) génère une force comprimant l'élément en acier, qui déforme l'élément résistif et modifie donc la résistance électrique de l'élément résistif. La variation de résistance peut alors être interprétée comme une variation de charge. De tels capteurs doivent être produits avec de grandes précautions, et souvent à un coût plus élevé, afin de préserver la précision du capteur dans diverses conditions ambiantes, comme par exemple lors de variations de température. De plus, ces capteurs ne mesurent généralement pas la charge avec précision lorsque la charge n'est pas directement appliquée en alignement avec l'élément résistif. De plus, les capteurs classiques présentent des limitations de taille. En général, les capteurs classiques comprennent un disque annulaire et présentent un rapport du diamètre à l'épaisseur d'environ trois à un. Ce rapport peut constituer un inconvénient dans de nombreuses applications utilisant un capteur relativement mince et dans des applications dans lesquelles on cherche à éviter un excès de poids, par exemple dans un aéronef. Lorsqu'un capteur de charge est utilisé avec un actionneur, on évite aussi généralement d'utiliser des capteurs longs et/ou épais. Il est nécessaire de disposer d'un capteur de charge moins coûteux qui permette d'obtenir des mesures précises, même lorsque la force n'est pas appliquée uniformément sur tout le capteur. Par conséquent, il est nécessaire de disposer d'un capteur de charge ayant un rapport diamètre à épaisseur amélioré.

RÉSUMÉ DE L'INVENTION

Dans divers modes de réalisation, il est proposé un capteur de charge comprenant un matériau magnétostrictif et un fil. Le matériau magnétostrictif comprend une ouverture, une première face, une seconde face, une épaisseur et soit une première entaille, soit un premier canal. Le fil est disposé au moins partiellement soit dans la première entaille, soit dans le premier canal, la première entaille ou le premier canal s'étendant transversalement au moins partiellement sur au moins l'une de la première face et de la seconde face, et le fil s'étendant transversalement au moins partiellement sur la première face et la seconde face. Dans divers modes de réalisation, il est proposé un procédé consistant à appliquer une pression à un capteur de charge en communication électrique avec un dispositif de mesure d'impédance, à recevoir, sur le dispositif de mesure d'impédance, au moins l'un d'un signal d'impédance et d'un signal de résistance et à mesurer la pression sur la base de l'au moins un d'un signal d'impédance et d'un signal de résistance. Le capteur de charge comprend un matériau magnétostrictif comprenant une ouverture, une première face, une seconde face, une épaisseur et une première entaille, et un fil disposé au moins partiellement dans la première entaille. La première entaille s'étend transversalement au moins partiellement sur au moins l'une de la première face et de la seconde face, le fil s'étendant transversalement au moins partiellement sur la première face et la seconde face.

BRÈVE DESCRIPTION DES DESSINS

La figure 1 illustre un capteur de charge d'un mode de réalisation ; la figure 2 illustre un capteur de charge d'un mode de réalisation en coupe transversale ; la figure 3 illustre un capteur de charge d'un autre mode de réalisation ; la figure 4 illustre un capteur de charge d'un autre mode de réalisation en coupe transversale ; la figure 5 illustre une relation entre inductance et force ; la figure 6 illustre un capteur de charge d'un autre mode de réalisation en coupe transversale.

DESCRIPTION DÉTAILLÉE

La description détaillée d'exemples de modes de réalisation présentés ici se réfère aux dessins annexés qui représentent à titre d'illustration des exemples de modes de réalisation et le meilleur mode de mise en oeuvre de l'invention. Bien que ces exemples de modes de réalisation soient décrits de façon suffisamment détaillée pour permettre à l'homme du métier de mettre en oeuvre l'invention, il est à noter que d'autres modes de réalisation peuvent être mis en oeuvre et que des modifications logiques, chimiques et mécaniques peuvent être réalisées sans que l'on s'écarte de l'esprit et du cadre de l'invention. Par conséquent, cette description détaillée est présentée ici à titre non limitatif d'illustration. A titre d'exemple, les étapes indiquées dans l'une quelconque des descriptions des méthodes ou des procédés peuvent être exécutées dans un ordre quelconque et ne sont pas nécessairement limitées à l'ordre présenté. De plus, un grand nombre des fonctions ou étapes peuvent être sous-traitées ou effectuées par un ou plusieurs tiers. De plus, toute référence à la forme singulière couvre de multiples modes de réalisation et toute référence à plus d'un élément constitutif ou d'une étape peut couvrir un mode de réalisation ou une étape unique. Par ailleurs, toute référence aux termes attaché, fixé, connecté ou similaires peut couvrir une option de fixation permanente, amovible, temporaire, partielle, complète et/ou toute autre option de fixation possible. De plus, toute référence au terme "sans contact" (ou à des expressions semblables) peut également couvrir un contact réduit ou un contact minimal. Des systèmes et procédés sont décrits ici pour un capteur de charge monolithique. Du fait de l'utilisation d'un concept monolithique, le capteur de charge est moins sensible, si tant est qu'il le soit, à des effets secondaires défavorables liés à des capteurs constitués de plus d'un corps solide, comme par exemple les contraintes d'assemblage, les interstices d'air mécaniques, etc., qui peuvent affecter la précision du capteur. Du fait de l'utilisation d'un matériau magnétostrictif, les capteurs de charge décrits ici peuvent être réalisés avec un rapport diamètre à hauteur (également désignée ici sous le nom d'épaisseur) amélioré. Par conséquent, il est possible d'obtenir un capteur plus mince que des capteurs de charge classiques. Par ailleurs, du fait de l'utilisation d'un concept monolithique, la position de la charge appliquée au capteur a un effet faible à nul sur la précision de la mesure de charge. De plus, des économies supplémentaires peuvent être réalisées, les capteurs de charge décrits ici pouvant être moins coûteux à fabriquer. Comme cela est décrit plus en détail ci-après, un capteur de charge monolithique peut être constitué d'un matériau magnétostrictif et peut être contrôlé pour détecter des variations du flux magnétique en réponse à une charge mécanique. Plus précisément, pour un matériau magnétostrictif donné, la relation entre la charge mécanique et le flux magnétique est connue, de sorte que la charge peut être déterminée par mesure du flux magnétique. De même, comme la température de fonctionnement est généralement connue au moment de la mesure de la charge, les éventuels effets de la température peuvent être pris en compte pendant l'utilisation. Par ailleurs, les capteurs de charge monolithiques décrits ici sont davantage aptes à s'adapter aux imperfections des surfaces avec lesquelles ils interagissent. Par conséquent les capteurs de charge monolithiques décrits ici tendent à être simples, précis, robustes et de fabrication peu coûteuse. Comme indiqué précédemment, une charge mécanique peut comprendre l'application d'une force ou d'une pression. Comme la pression comprend une force répartie sur une superficie, les termes de force et de pression peuvent être utilisés ici de façon interchangeable, bien que la relation entre force et pression soit bien comprise et qu'il soit connu que l'on peut déduire une force de la pression et une pression de la force pour une superficie donnée. Une charge mécanique peut également être appelée force compressive ou force de compression. Tels qu'ils sont utilisés ici, les "matériaux magnétostrictifs" comprennent des matériaux dont la susceptibilité magnétique varie en réponse à une contrainte mécanique. Par conséquent, une variation de la susceptibilité magnétique provoque une variation du flux magnétique. Cette variation de la susceptibilité magnétique en réponse à une contrainte mécanique est connue sous le nom d'effet Villari. Du fait de cette relation, on peut déterminer une force appliquée à un matériau si on a mesuré la variation du flux magnétique. Dans divers modes de réalisation, des matériaux magnétostrictifs peuvent être sélectionnés ou configurés de façon à ce que le matériau magnétostrictif puisse être mécaniquement rigide dans la direction de la force ou de la pression appliquée mais également souple dans un plan perpendiculaire à la force ou à la pression appliquée. De nombreux matériaux ferromagnétiques sont des matériaux magnétostrictifs. Des alliages comprenant du fer et/ou du fer et du nickel peuvent par exemple être des matériaux magnétostrictifs. A titre d'exemple, un alliage comprenant 41-43,5 % de Ni, 4,9-5,75 % de Cr, 2,2-2,75 % de Ti et 48 % de Fe peut être un matériau magnétostrictif pouvant être utilisé dans les systèmes et procédés décrits ici. Un tel alliage peut être obtenu dans le commerce sous la marque commerciale NI-SPANC® auprès de Special Metals Corporation, Huntington, West Virginia, USA. Le NISPAN-C® peut par exemple comprendre : 41,0 %-43,5 % de nickel (plus cobalt), 4,90 %-5,75 % de chrome, 2,20 %-2,75 % de titane, 0,30 %-0,80 % d'aluminium, au maximum 0,06 % de carbone, au maximum 0,80 % de manganèse, au maximum 1,00 % de silicium, au maximum 0,04 % de soufre, au maximum 0,04 % de phosphore, et le complément en fer. Se référant à la figure 1, celle-ci illustre le matériau magnétostrictif 100. Dans ce mode de réalisation, le matériau magnétostrictif 100 comprend un alliage de nickel-fer, bien que le matériau magnétostrictif 100 puisse être un matériau magnétostrictif approprié quelconque. Le matériau magnétostrictif 100 est conformé comme un disque annulaire, bien qu'un capteur de charge puisse avoir une forme quelconque comportant au moins une ouverture. A titre d'exemple, un matériau magnétostrictif peut prendre la forme d'un carré, d'un rectangle, d'un triangle, d'un hexagone, d'un octogone, peut avoir une forme irrégulière, ou toute autre forme connue. Dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif peut par exemple être sous la forme d'un joint torique. De plus, le capteur peut utiliser un matériau magnétostrictif qui prend la forme d'une couche ou d'un revêtement appliqué de façon sensiblement uniforme sur le corps d'un capteur constitué d'un matériau non magnétostrictif ou magnétiquement inerte, comme par exemple un acier inoxydable non magnétique, un matériau céramique, ou autre. Dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif possède une première face et une seconde face. La première face et la seconde face peuvent comprendre une zone quelconque d'un matériau magnétostrictif qui est destinée à ou configurée pour être soumise à une charge mécanique. Le matériau magnétostrictif 100 comprend une première face 108 et une seconde face 110. La première face 108 et la seconde face 110 peuvent comprendre une zone quelconque du matériau magnétostrictif 100 qui est destinée à être soumise à une charge mécanique. La première face 108 et la seconde face 110 sont sensiblement planes, bien que dans divers modes de réalisation, une première face et une seconde face puissent être arrondies ou configurées d'une façon différente, autre que sensiblement plane. La première face 108 et la seconde face 110 sont également sensiblement lisses, bien que dans divers modes de réalisation, une première face et une seconde face puissent être rugueuses. Un matériau magnétostrictif peut être formé de façon à avoir diverses épaisseurs. L'épaisseur, telle qu'on l'entend ici, peut être mesurée comme étant la distance de la première face à la seconde face. A titre d'exemple, dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif peut avoir une épaisseur d'environ 0,5 mm à environ 10 mm et, dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif peut avoir une épaisseur d'environ 3 mm à environ 5 mm. Se référant à la figure 1, le matériau magnétostrictif 100 a une épaisseur d'environ 3 mm à environ 5 mm. Un matériau magnétostrictif peut être formé de façon à avoir diverses longueurs et largeurs ou, dans le cas de formes cylindriques, divers diamètres. Un diamètre intérieur ou extérieur approprié quelconque peut être utilisé. Un diamètre intérieur et/ou extérieur peut être sélectionné sur la base de la taille voulue du capteur final, du type et de la taille du trajet conducteur (comme décrit plus en détail dans la présente) et d'autres facteurs de ce type. A titre d'exemple, un matériau magnétostrictif de forme annulaire peut avoir un diamètre extérieur compris entre environ 10 mm et environ 10 cm. Dans divers modes de réalisation dans lesquels un capteur plus petit est souhaité, on peut utiliser un diamètre extérieur d'environ 25 mm à environ 1 cm. Dans d'autres modes de réalisation dans lesquels de petits capteurs légers sont souhaitables, un diamètre extérieur d'environ 50 mm à environ 100 mm peut être approprié. A titre d'exemple, le matériau magnétostrictif 100 représenté sur la figure 1 a un diamètre extérieur d'environ 50 mm à environ 100 mm. La sélection d'un diamètre intérieur peut dépendre de la sélection d'un diamètre extérieur et d'autres facteurs similaires. A titre d'exemple un matériau magnétostrictif peut avoir un diamètre intérieur inférieur d'environ 2 mm à environ 9,5 cm au diamètre extérieur, bien qu'un diamètre intérieur approprié quelconque soit envisageable. A titre d'exemple, un matériau magnétostrictif peut avoir un diamètre intérieur compris entre environ 8 mm et environ 9,8 cm. Dans d'autres modes de réalisation, un matériau magnétostrictif peut avoir un diamètre intérieur d'environ 23 mm à environ 0,98 cm lorsque des capteurs plus petits sont souhaités.

Dans encore d'autres modes de réalisation, un diamètre intérieur d'environ 48 mm à environ 98 mm est souhaitable pour obtenir un capteur de petite taille. Dans encore un autre mode de réalisation, un matériau magnétostrictif possède un diamètre extérieur d'environ 65 mm, un diamètre intérieur d'environ 50 mm et une épaisseur d'environ 2,5 mm. Dans divers modes de réalisation, se référant momentanément à la figure 2, une première face et une seconde face peuvent être en communication mécanique avec une plaque de répartition, comme illustré par les plaques de répartition 214 et 212. Une plaque de répartition peut être constituée d'un matériau non ferromagnétique approprié quelconque, tel qu'un métal non ferromagnétique, une matière plastique ou un matériau composite. Dans divers modes de réalisation, une plaque de répartition est configurée pour résister aux charges de fonctionnement prévues. A titre d'exemple, dans divers modes de réalisation, un capteur de charge peut détecter une charge d'environ 14 kgf/cm2 (200 lbs/in2) à environ 703 kgf/cm2 (10000 lbs/in2) et par conséquent, dans divers modes de réalisation, la plaque de répartition peut être configurée de façon à résister à des charges se situant dans cette gamme. Dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif comporte des entailles ou des rainures usinées, estampées ou formées d'une autre manière dans celui-ci. Les entailles ou les rainures peuvent avoir une forme quadrilatérale, peuvent avoir une forme en "U" arrondie, ou toute autre forme appropriée qui, comme décrit ci-après, serait capable de recevoir un fil ou un autre matériau conducteur. Revenant à la figure 1, le matériau magnétostrictif 100 comporte une entaille 104 et une entaille 106. L'entaille 104 et l'entaille 106 sont usinées, estampées ou formées d'une autre manière dans le matériau magnétostrictif 100 de façon que chacune des entailles 104 et 106 ait une surface inférieure et deux surfaces latérales. La surface inférieure de chacune des entailles 104 et 106 est située en dessous de la première face 108 et de la seconde face 110. La largeur d'une entaille peut être mesurée comme étant la distance entre chaque surface latérale. Chacune des entailles 104 et 106 est suffisamment large pour recevoir un fil 112 de telle façon que le fil 112 puisse être enroulé autour du matériau magnétostrictif 100 afin qu'une bobine toroïdale puisse être formée. A titre d'exemple, une entaille peut avoir une largeur d'environ 0,1 mm à environ 2 mm. L'entaille 104 et l'entaille 106 ont des largeurs d'environ 0,5 mm à environ 0,8 mm. Il peut y avoir un nombre approprié quelconque d'entailles dans un matériau magnétostrictif. Le nombre d'entailles peut être sélectionné sur la base, en partie, de la taille du matériau magnétostrictif. A titre d'exemple, de manière générale, il peut être avantageux pour des matériaux magnétostrictifs de plus grandes dimensions d'avoir un plus grand nombre d'entailles. A titre d'exemple, dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif 100 peut comporter d'environ 2 à environ 5000 entailles. Dans d'autres modes de réalisation, un nombre d'entailles compris entre environ 10 et environ 400 peut être approprié. Dans d'autres modes de réalisation, y compris des modes de réalisation ayant des diamètres extérieurs inférieurs à 100 mm, un nombre d'entailles compris entre environ 60 et environ 100 peut être approprié. Un matériau isolant peut être disposé sur la surface inférieure et/ou sur chaque surface latérale de chaque entaille 104 et de chaque entaille 106. Le matériau isolant comprend un matériau quelconque ayant des propriétés d'isolation électrique. A titre d'exemple, dans divers modes de réalisation, les matériaux isolants comprennent des résines d'acétal (par exemple le DELRIN, marque déposée), des résines époxydes, des matières acryliques, des matériaux constitués de feuilles de fibres de verre, des films de polyimide (par exemple le KAPTON, marque déposée), des polycarbonates (par exemple le LEXAN, marque déposée), des polyamides (par exemple le NOMEX, marque déposée) et des matériaux céramiques déposés chimiquement ou mécaniquement. Dans divers modes de réalisation, le matériau isolant est utilisé pour isoler électriquement le matériau magnétostrictif d'un matériau conducteur. Le matériau isolant peut être fixé par ruban adhésif, collage, pressage ou d'une autre manière sur chaque surface inférieure et/ou sur chaque surface latérale de chaque entaille 104 et de chaque entaille 106. A titre d'exemple, un dépôt chimique en phase vapeur ("CVD") peut être utilisé pour déposer un matériau isolant dans chaque entaille 104 et chaque entaille 106. Dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif comprend une partie continue de matériau magnétostrictif. A titre d'exemple, la partie continue 102 de matériau magnétostrictif 100 est continue sur la totalité de la structure annulaire du matériau magnétostrictif 100. Une partie continue de matériau magnétostrictif conduit un flux magnétique qui, comme décrit ici, peut être mesuré afin d'évaluer ou de déterminer une charge mécanique. Dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur continu entourant ou traversant le matériau magnétostrictif peut être établi. Un fil peut par exemple être utilisé pour établir un trajet conducteur continu autour ou au travers du matériau magnétostrictif. Dans divers modes de réalisation, le matériau magnétostrictif 100 est relié au fil 112. A titre d'exemple, un trajet conducteur continu entourant un matériau magnétostrictif peut être établi par dépôt d'un métal sur le matériau magnétostrictif, par exemple par dépôt chimique en phase vapeur. En variante, un trajet conducteur continu entourant un matériau magnétostrictif peut être établi par pressage d'un ruban métallique ou d'un autre matériau conducteur autour du matériau magnétostrictif. Un fil peut être constitué d'un matériau conducteur quelconque, tel qu'un métal. A titre d'exemple, le fil 112 est constitué de cuivre. Un fil peut être gainé d'un manchon isolant, bien que, dans divers modes de réalisation, il ne soit pas nécessaire de gainer le fil d'un manchon isolant. Un fil peut être configuré sous la forme d'un fil à un seul enroulement ou d'un fil à enroulement bifilaire. A titre d'exemple, comme le montre la figure 1, le fil 112 est à enroulement bifilaire. Le fil 112 s'enroule autour du matériau magnétostrictif en s'étendant sur la longueur de chaque entaille, en traversant l'épaisseur du matériau magnétostrictif 100, et en passant dans une entaille pratiquée sur le côté opposé du matériau magnétostrictif 100. A titre d'exemple, comme illustré sur la figure 1, le fil 112 passe dans l'entaille 104, traverse l'épaisseur du matériau magnétostrictif 100 et passe dans l'entaille 106. Dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur tel que le fil 112, peut être en communication électrique avec un ou plusieurs composants électroniques. A titre d'exemple, un trajet conducteur peut être en communication électrique avec un dispositif qui est configuré pour mesurer au moins l'une d'une inductance, d'une inductance/tension, d'une résistance, d'une impédance et d'une phase. A titre d'exemple, un analyseur de tension, un analyseur d'inductance, un analyseur de phase ou un analyseur d'impédance peut être capable de mesurer l'inductance et/ou l'inductance/tension, la résistance, l'impédance ou la phase. Une mesure de phase peut consister à comparer deux ou plusieurs événements caractéristiques associés à l'inductance et à la résistance. Il est envisageable d'utiliser simultanément un courant alternatif (AC) et un courant continu (DC) dans divers modes de réalisation. Bien que cela ne soit pas illustré sur la figure 1, le fil 112 peut être en communication avec un composant électronique tel qu'un analyseur de tension ou qu'un dispositif de mesure d'inductance.

Dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur, tel que le fil 112, achemine un signal d'inductance ayant un niveau d'inductance. En variante, dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur tel que le fil 112 peut acheminer un signal de tension ayant un niveau de tension. Dans divers modes de réalisation, un analyseur de tension et/ou un dispositif de mesure d'inductance et/ou un dispositif de mesure d'impédance et/ou un dispositif de mesure de phase comprend un dispositif comportant un processeur qui peut être associé à une mémoire. A titre d'exemple, un analyseur de tension et/ou un dispositif de mesure d'inductance et/ou un dispositif de mesure d'impédance et/ou un dispositif de mesure de phase peut être un dispositif quelconque pouvant capter, mesurer ou détecter la tension, la phase, l'impédance et/ou l'inductance. Dans d'autres modes de réalisation, un analyseur de tension et/ou un dispositif de mesure d'inductance et/ou un dispositif de mesure d'impédance et/ou un dispositif de mesure de phase peut comprendre d'autres dispositifs destinés à calculer la charge mécanique sur la base d'une variation de la tension de sortie, de l'impédance et/ou de l'inductance/tension de sortie. Dans des modes de réalisation comprenant une mémoire, la mémoire peut comporter un support lisible par ordinateur stockant des instructions qui, si elles sont exécutées par un dispositif informatique (tel qu'un processeur), amène le dispositif informatique à mettre en oeuvre un procédé comprenant l'un quelconque des procédés décrits ici. Comme décrit ci-dessus, la susceptibilité magnétique d'un matériau magnétostrictif varie en réponse à l'application d'une charge mécanique, de sorte qu'une variation du flux magnétique peut se produire. Par conséquent, la mesure de l'inductance par utilisation d'un trajet conducteur reflétera la variation d'un flux magnétique. A titre d'exemple, se référant à présent à la figure 2, celle-ci représente un capteur de charge 200 en coupe transversale. Une plaque de répartition supérieure 214 et une plaque de répartition inférieure 212 sont en communication mécanique avec un matériau magnétostrictif 206. La charge mécanique 210 est appliquée à la plaque de répartition supérieure 214. Un champ de contrainte mécanique 202 apparaît en réponse à la charge mécanique 210. Le fil 208 est disposé dans les entailles pratiquées dans le matériau magnétostrictif 206. Lorsqu'on fait passer un courant dans le fil 208, un flux magnétique 204 apparaît. Dans divers modes de réalisation, chaque entaille du matériau magnétostrictif 206 a une surface inférieure qui est plus grande qu'environ la moitié de l'épaisseur du matériau magnétostrictif 206. Dans divers modes de réalisation, la profondeur et la largeur de chaque entaille peuvent être réglées afin d'ajuster la rigidité et/ou la souplesse du matériau magnétostrictif. Le nombre d'entailles pratiquées dans le matériau magnétostrictif peut également être réglé afin d'ajuster l'interaction magnétique entre le matériau magnétostrictif et le matériau conducteur, qui peut par exemple être un fil. Dans ces modes de réalisation, le flux magnétique 204 passe à travers une partie continue du matériau magnétostrictif 206. Cependant, dans divers modes de réalisation, il peut ne pas y avoir de partie continue de matériau magnétostrictif. Dans divers modes de réalisation, une entaille pratiquée dans un matériau magnétostrictif présente une profondeur supérieure à la moitié de l'épaisseur du matériau magnétostrictif. A mesure que la charge mécanique 210 croît, le flux magnétique à travers le matériau magnétostrictif 206 peut varier. L'inductance dans le fil 208 traduit cette variation du flux magnétique. La variation du flux magnétique peut être corrélée, mise en correspondance avec ou associée à la charge mécanique 210, de telle façon que la valeur de la charge mécanique puisse être déterminée à partir de la variation d'inductance. Se référant à présent à la figure 3, celle-ci représente un capteur de charge 300 conforme à divers modes de réalisation. Comme mentionné précédemment, dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur est établi au sein du matériau magnétostrictif 302 et peut être utilisé pour mesurer une variation du flux magnétique en réponse à une charge mécanique. Le matériau magnétostrictif 302 est mis sous la forme d'une bague annulaire. Le matériau magnétostrictif 302 possède une première face 310 et une seconde face 312. La première face 310 et la seconde face 312 peuvent avoir une surface lisse ou une surface rugueuse et, dans divers modes de réalisation, peuvent être configurées de façon à ne pas être sensiblement planes. A titre d'exemple, la première face 310 et la seconde face 312 peuvent être incurvées ou arrondies. Dans divers modes de réalisation, le canal 304 traverse le matériau magnétostrictif 302 entre le diamètre extérieur et le diamètre intérieur. Le canal 304 peut être formé par perçage, usinage, attaque, ou d'une autre manière en forant à travers le matériau magnétostrictif 302 suivant un rayon du matériau magnétostrictif 302. Dans divers modes de réalisation, le canal 304 peut être revêtu d'un matériau isolant quelconque décrit ici (non représenté). A titre d'exemple, un matériau isolant peut être déposé par CVD dans le canal 304.

Dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur peut être établi sur ou dans le matériau magnétostrictif 302, comme décrit ici. A titre d'exemple, le fil 308 parcourt le canal 304. Le fil 308 forme un trajet conducteur commençant et se terminant à la jonction 306. D'autres dispositifs, comme décrit ici, peuvent être reliés au fil 308 au niveau de la jonction 306 pour mettre en oeuvre des fonctions de mesure. Se référant à présent à la figure 4, celle-ci représente une coupe transversale d'un capteur de charge 400. Dans divers modes de réalisation, une plaque de répartition supérieure 414 et une plaque de répartition inférieure 412 sont en communication mécanique avec un matériau magnétostrictif 406. Une charge mécanique 410 est appliquée à la plaque de répartition supérieure 414. Un champ de contrainte mécanique 402 apparaît en réponse à la charge mécanique 410. Un fil 408 est disposé dans les canaux du matériau magnétostrictif 406 (un canal unique est représenté en tant que canal 416). Lorsqu'on fait passer un courant dans le fil 408, un flux magnétique 418 apparaît. Dans divers modes de réalisation, le flux magnétique 418 passe à travers une partie continue de matériau magnétostrictif 406. A titre d'exemple, le flux magnétique 418 est représenté en coupe transversale comme se déplaçant dans une direction approximativement circulaire. Dans divers modes de réalisation, un matériau isolant est disposé dans le canal 416 pratiqué dans un matériau magnétostrictif 406 afin d'isoler électriquement le fil 408 et le matériau magnétostrictif 406. A mesure que la charge mécanique 410 croît, le flux magnétique à travers le matériau magnétostrictif 406 peut varier. L'inductance dans le fil 408 traduit la variation du flux magnétique. La variation du flux magnétique 404 peut être corrélée, mise en correspondance avec, ou associée à la charge mécanique 410, de telle sorte que la valeur de la charge mécanique peut être déterminée à partir de la variation d'inductance. Se référant à présent à la figure 5, celle-ci illustre un échantillon de données représentant la relation entre la charge mécanique (appelée force de compression) et la tension de sortie. Comme illustré par une ligne 502, à mesure que la force de compression croît, la tension de sortie décroît. En utilisant cette relation, on peut mettre en correspondance, corréler, ou associer une tension de sortie avec une force de compression. Cela étant noté, on comprendra que la figure 5 est fournie à seul titre d'exemple, et que de nombreuses relations peuvent être trouvées empiriquement entre la charge mécanique et la tension de sortie.

Comme cela a été brièvement mentionné, la relation entre la charge mécanique et l'inductance/la tension/la résistance/l'impédance de sortie peut varier avec la température. Par conséquent, dans divers modes de réalisation, la température (qu'il s'agisse de la température ambiante ou de la température d'un composant quelconque d'un capteur de charge) est prise en compte lors de la détermination de la charge mécanique soit à partir de l'inductance/tension de sortie, soit à partir de la tension de sortie. Plus particulièrement, dans divers modes de réalisation, la température du matériau magnétostrictif est prise en compte lors de la détermination de la charge mécanique à partir de l'une ou l'autre de l'inductance et de la tension de sortie. Cet ajustement en fonction de la température varie selon les propriétés du matériau magnétostrictif utilisé, entre autres variables. Dans divers modes de réalisation, les capteurs de charge comprennent en outre des systèmes et des procédés permettant de mesurer la température de fonctionnement et de compenser les effets de la température. Dans divers modes de réalisation, se référant à la figure 6, le matériau magnétostrictif 600 est illustré en coupe transversale. Le matériau magnétostrictif 606 est constitué d'un alliage de nickel-fer. Le matériau magnétostrictif 606 présente la forme d'un disque annulaire. Le matériau magnétostrictif 606 possède une première face 618 et une seconde face 620. Comme décrit ici, la première face 618 et la seconde face 620 peuvent comprendre une zone quelconque du matériau magnétostrictif 606 qui est destinée à être soumise à une charge mécanique. La première face 618 et la seconde face 620 sont sensiblement planes, bien que dans divers modes de réalisation, une première face et une seconde face puissent être arrondies ou être configurées d'une autre manière de façon à ne pas être sensiblement planes. La première face 618 et la seconde face 620 sont également sensiblement lisses, bien que dans divers modes de réalisation, une première face et une seconde face puissent être rugueuses. Dans divers modes de réalisation, la première face 618 et la seconde face 620 peuvent être en communication mécanique avec une ou plusieurs plaques de répartition. A titre d'exemple, une plaque de répartition 614 est en communication mécanique avec la première face 618 et une plaque de répartition 612 est en contact mécanique avec la seconde face 620. Dans divers modes de réalisation, le matériau magnétostrictif 606 comporte des entailles ou des rainures usinées, estampées ou formées d'une autre manière dans celui-ci. Le matériau magnétostrictif 606 présente une rainure 616. La rainure 616 a une forme en "U" arrondie lorsqu'elle est vue en coupe transversale. La rainure 616 peut être usinée, estampée ou formée d'une autre manière à l'intérieur du matériau magnétostrictif 606 de n'importe quelle façon appropriée. La rainure 616 est suffisamment large pour recevoir un fil 608 de telle façon que le fil 608 puisse être enroulé autour du matériau magnétostrictif 606. A titre d'exemple, une rainure 616 peut avoir une largeur d'environ 0,1 mm à environ 2 mm et/ou d'environ 0,5 mm à environ 0,8 mm. Un matériau isolant peut être disposé sur la surface inférieure et/ou sur chaque surface latérale de la rainure 616. Le matériau isolant peut comprendre un matériau qui possède des propriétés d'isolation électrique. Le matériau isolant peut être fixé par ruban adhésif, collage, pressage, ou d'une autre manière à une partie quelconque d'une surface quelconque de la rainure 616. A titre d'exemple, on peut utiliser un dépôt chimique en phase vapeur ("CVD") pour déposer un matériau isolant dans la rainure 616. Bien que dans divers modes de réalisation, un matériau magnétostrictif comprenne une partie continue d'un matériau magnétostrictif dans un plan, il n'y a dans le matériau magnétostrictif 606 aucune partie continue de matériau magnétostrictif dans un plan. Un flux magnétique 604 est conduit à travers une partie continue de matériau magnétostrictif 606, comme illustré, bien que la partie continue de matériau magnétostrictif 606 ne soit pas dans un plan unique. Dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur continu autour du matériau magnétostrictif 606 peut être établi. A titre d'exemple, le matériau magnétostrictif 606 est relié au fil 608. Un fil peut être constitué d'un matériau conducteur quelconque décrit ici ou connu à partir d'autres sources. A titre d'exemple, le fil 608 est constitué de cuivre. Le fil 608 s'enroule autour du matériau magnétostrictif 606 en traversant la longueur de chaque rainure, par exemple de la rainure 616, en traversant l'épaisseur du matériau magnétostrictif 606 et en parcourant une rainure présente sur le côté opposé du matériau magnétostrictif 606. A titre d'exemple, le fil 608 traverse la rainure 616, traverse l'épaisseur du matériau magnétostrictif 606 et traverse une rainure adjacente à la rainure 616. Dans divers modes de réalisation, un trajet conducteur, tel que le fil 608, peut être en communication électrique avec un ou plusieurs composants électroniques tels que décrits ici. Bien que cela ne soit pas illustré sur la figure 6, le fil 608 peut être en communication avec un composant électronique tel qu'un analyseur de tension.

Dans divers modes de réalisation, une plaque de répartition supérieure 614 et une plaque de répartition inférieure 612 sont en communication mécanique avec le matériau magnétostrictif 606. Une charge mécanique 610 est appliquée à la plaque de répartition supérieure 614. Une configuration de contrainte mécanique 602 apparaît en réponse à la charge mécanique 610. Le fil 608 est disposé dans les rainures de matériau magnétostrictif 606. Lorsqu'on fait passer un courant dans le fil 608, un flux magnétique 604 apparaît. Dans divers modes de réalisation, le flux magnétique 604 se déplace à travers une partie continue du matériau magnétostrictif 606, bien que la partie continue de matériau magnétostrictif 606 ne se situe pas dans un même plan. Dans divers modes de réalisation, la rainure 616 pratiquée dans un matériau magnétostrictif 606 a une profondeur approximativement supérieure à la moitié de l'épaisseur du matériau magnétostrictif 606. Lorsque la charge mécanique 610 croît, le flux magnétique présent à travers le matériau magnétostrictif 606 peut varier. L'inductance produite dans le fil 608 peut refléter la variation du flux magnétique. La variation du flux magnétique 604 peut être corrélée, mise en correspondance avec, ou associée à la charge mécanique 610, de telle façon que la valeur de la charge mécanique puisse être déterminée au moyen de la variation d'inductance. Dans divers modes de réalisation, des capteurs de charge tels que décrits ici peuvent être utilisés dans des systèmes de freinage pour aéronefs. Plus particulièrement, des capteurs de charge peuvent être utilisés pour mesurer des charges d'actionneurs. En conséquence, un capteur de charge peut être placé dans le trajet de charge d'un actionneur de frein électromécanique. Dans divers modes de réalisation, des capteurs de charge tels que décrits ici peuvent être utilisés dans des applications dans lesquelles des forces sont réparties sur une plus grande superficie (souvent de forme annulaire). De plus, dans divers modes de réalisation, des capteurs de charge tels que décrits ici peuvent être utilisés dans des applications dans lesquelles la force appliquée est répartie de façon irrégulière sur toute la superficie du capteur et/ou lorsque l'élément de support du capteur n'est pas parfaitement plan. Les bénéfices et d'autres avantages ainsi que les solutions aux problèmes ont été décrits ici en référence à des modes de réalisation particuliers. Cependant, les bénéfices, les avantages, les solutions aux problèmes et des éléments quelconques pouvant créer un bénéfice, un avantage ou une solution quelconque ou pouvant rendre ceux-ci beaucoup plus apparents, ne doivent pas être considérés comme étant des caractéristiques ou des éléments déterminants, nécessaires ou essentiels de l'invention. La portée de l'invention doit donc être considérée comme n'étant limitée à rien d'autre que les revendications annexées, dans lesquelles la référence à un élément au singulier ne doit pas être considérée comme désignant "un seul et même" élément, sauf indication explicite en ce sens, mais au contraire comme désignant "un ou plusieurs éléments". Par ailleurs, lorsqu'une expression semblable à "au moins l'un de A, B et C" est utilisée dans les revendications, il est entendu que cette expression doit être interprétée comme signifiant que seul A peut être présent dans un mode de réalisation, que seul B peut être présent dans un mode de réalisation, que seul C peut être présent dans un mode de réalisation, ou que toute combinaison des éléments A, B et C peut être présente dans un même mode de réalisation ; à titre d'exemple, A et B, A et C, B et C ou A et B et C. De plus, aucun élément, composant, ou étape d'un procédé décrit dans le présent document ne doit être considéré comme étant réservé au public, même si l'élément, le composant ou l'étape d'un procédé est explicitement cité dans les revendications. Tels qu'ils sont utilisés ici, les termes "comprend", "comprenant" ou toute autre variante de ceux-ci, sont considérés comme couvrant une inclusion non exclusive, de telle sorte qu'un procédé, une méthode, un article ou un appareil qui comprend une liste d'éléments n'inclut pas seulement ces éléments mais peut inclure d'autres éléments non expressément listés ou propres à ce procédé, cette méthode, cet article ou cet appareil.

Claims

REVENDICATIONS1. Capteur de charge comprenant : un matériau magnétostrictif (100) comprenant une ouverture, une première face (108), une seconde face (110), une épaisseur, et soit une première entaille (104), soit un premier canal (304); et un trajet conducteur (112) disposé au moins partiellement soit dans ladite première entaille, soit dans ledit premier canal; dans lequel la première entaille ou le premier canal s'étend transversalement au moins partiellement sur au moins l'une de la première face et de la seconde face, et dans lequel le trajet conducteur s'étend transversalement au moins partiellement sur la première face et la seconde face.
2. Capteur de charge selon la revendication 1, dans lequel le matériau magnétostrictif comprend un alliage de nickel-fer.
3. Capteur de charge selon la revendication 1, dans lequel le matériau magnétostrictif est configuré sous la forme d'un disque annulaire.
4. Capteur de charge selon la revendication 1, comprenant en outre un dispositif de mesure d'impédance en communication électrique avec le trajet conducteur.
5. Capteur de charge selon la revendication 4, dans lequel le dispositif de mesure d'impédance est configuré pour déterminer sur la base de l'impédance un niveau d'une force appliquée à au moins l'une de la première face et de la seconde face.
6. Capteur de charge selon la revendication 5, dans lequel le dispositif de mesure d'impédance est configuré pour déterminer sur la base de l'impédance le niveau d'une force qui n'est appliquée qu'à une partie de la première face et de la seconde face.
7. Capteur de charge selon la revendication 1, comprenant en outre une seconde entaille (106) qui s'étend au moins partiellement sur la seconde face.
8. Capteur de charge selon la revendication 7, dans lequel le trajet conducteur est au moins partiellement disposé dans la seconde entaille.
9. Capteur de charge selon la revendication 1, dans lequel le matériau magnétostrictif est continu à l'intérieur d'un plan perpendiculaire au trajet conducteur.
10. Capteur de charge selon la revendication 1, dans lequel le trajet conducteur comprend un fil.
11. Procédé consistant à : appliquer une pression à un capteur de charge magnétostrictif en communication électrique avec un dispositif de mesure d'impédance ; recevoir, sur le dispositif de mesure d'impédance, au moins l'un d'un signal d'impédance, d'un signal de phase et d'un signal de résistance ; mesurer la pression sur la base de l'au moins un d'un signal d'impédance, d'un signal de phase et d'un signal de résistance.