CAPTEURS DE DÉPLACEMENT LINÉAIRE
Les capteurs de déplacement trouvent de nombreuses applications dès lors qu’il s’agit de mesurer une position. Les contraintes de fonctionnement sont nombreuses : précision, température et conditions d’utilisation, espace disponible, interface électronique …
Les différentes technologies mise en œuvre dans la gamme des capteurs Novotechnik permettent de s’adapter à ces contraintes :
- Potentiométrique
- Inductif
- LVDT
- Magnétostrictif
Capteur potentiométrique
Le capteur potentiométrique est constitué d’une résistance sérigraphiée et d’un curseur mobile sur cette résistance.
Un avantage majeur de ce système réside dans la simplicité de sa conception, sans électronique complexe, ce qui rend ce type de capteur extrêmement économique et facile à utiliser.
La résolution est seulement limitée par l’électronique du client, elle peut atteindre 16 bits.
Outre leur construction mécanique précise et robuste, les potentiomètres Novotechnik se distinguent par le maintien de faibles résistances de contact sur plusieurs millions de cycles pour des températures allant de -40°C à +125°C.
Une solution sur-mesure peut être proposée, par un choix du système résistance/curseur adapté à l’application spécifique.
L’utilisation de substrats flexibles et rigides augmente la liberté de conception sans compromettre la fiabilité.
Capteur à effet Hall
Lorsque le courant traverse un élément Hall, il fournit une tension perpendiculaire au courant si un champ magnétique agit verticalement sur les deux. Comme cette tension est proportionnelle à l’intensité du champ magnétique, il est extrêmement simple d’effectuer une mesure angulaire sans contact en fixant un aimant sur un arbre tournant.
Dans un passé récent cette technologie a fait des progrès qui ont rendu ce capteur idéal pour une mesure angulaire précise. En combinant plusieurs éléments de détection et en intégrant la totalité du traitement de signal dans quelques composants, des systèmes complexes sont possibles dans un espace extrêmement réduit.
Le système est quasiment insensible au vieillissement et indépendant des fluctuations de l’intensité de champ magnétique du capteur. Ces systèmes sans contact permettent une mesure jusqu’à 360° et même plus sur plusieurs tours. Des résolutions élevées avec une excellente dynamique, de larges tolérances mécaniques et la mise en place aisée de solutions spéciales en fonction des besoins sont d’autres atouts de cette technologie.
Capteur magnétostrictif
La déformation élastique de la structure moléculaire de matériaux ferromagnétiques comme le fer, le nickel, le cobalt et leurs alliages est appelée magnétostriction.
Cette déformation s’opère lors d’une modification de l’aimantation. La structure magnétique des matériaux ferromagnétiques se compose de la somme d’innombrables petits aimants élémentaires. Les aimants élémentaires qui ont la même orientation magnétique se regroupent en zone limitées appelées domaines de Weiss. L’orientation magnétique des domaines de Weiss est arbitraire dans les zones non magnétisées. Quand ils sont exposés à un champ magnétique externe, un certain nombre de domaines s’orientent spontanément dans la direction du champ. Le nombre de domaines qui s’orientent dans cette direction dépend à la fois de la force du champ magnétique et des propriétés du matériau ferromagnétique. Le changement de magnétisation des domaines produit un changement spontané dans la forme mécanique, produisant des ondes mécaniques. L’onde mécanique est une onde de torsion qui apparaît à l’endroit de l’excitation par le champ magnétique externe. L’onde de torsion se propage dans le matériau ferromagnétique à une vitesse de 2800 m/s. Cette propriété physique sert de base pour les capteurs de position magnétostrictifs. Un matériau ferromagnétique avec une propriété magnétostrictive forte (guide d’onde) est positionné le long de l’axe de mesure dans un boîtier robuste.
Un champ magnétique externe (capteur de position) marque la position de mesure. La modification spontanée de l’aimantation est déclenchée par l’interaction du champ magnétique externe et d’une impulsion de courant très courte qui circule dans le guide d’ondes. L’onde de torsion se propage dans le guide d’ondes. Le temps entre l’excitation et la réception de l’onde de torsion dans un convertisseur d’onde est converti par l’électronique en la valeur de position correspondante.
NOVOPAD – Mesure inductive
En raison de l’expansion des domaines d’utilisation, en particulier dans des environnements extrêmes avec des mouvement très dynamiques et des niveaux de pollution élevés, le besoin se fait sentir d’un système sans liaison mécanique et sans contact.
Les exigences d’un capteur sans contact sont les suivantes :
- haute précision même à grande vitesse de fonctionnement
- longue durée de vie dans des conditions de grande pollution et de contraintes mécaniques élevées
- interface électrique standardisée
- faible consommation (<100 mA).
Le principe de mesure inductive constitue une approche innovante pour répondre à ces exigences. Développé par Sagentia Ltd (UK) il ne requiert pas de matériaux magnétiques. Il offre également l’avantage de traiter le signal par la mesure de phase et non de l’amplitude, ce qui implique généralement l’usage de circuits de mesure compliqués (rectifieur, amplificateur de qualité et couteux).
Comment cela fonctionne :
Un circuit imprimé comporte sur toute la longueur de mesure x à la fois une boucle conductrice sinus et une boucle conductrice cosinus (boucle de transmission sin(x) , cos (x) ). Chacune est alimentée par un courant alternatif (u.sin (ωt), u.cos ( ωt) déphasé de 90°. Ainsi des champs magnétiques apparaissent perpendiculairement au circuit imprimé. Leur intensité H(ωt) sur la longueur de mesure x est également de forme sinusoïdale.
Il en résulte un signal dont le déphasage par rapport au signal émis est directement proportionnel à la distance x.
Un marqueur de position sert d’élément regroupant les deux signaux transmis, appelé circuit résonnant. Il « flotte » au-dessus du circuit imprimé. Sa fréquence de résonance est adaptée à la fréquence des deux signaux d’entrée. Excité par eux (TX) il envoie à son tour son champ magnétique sur le circuit receveur (RX). La boucle rectangulaire de réception, intégrée dans le circuit imprimé, reçoit ce signal et le donne au transmetteur. Le signal reçu est alors comparé avec l’un des deux signaux de transmission. L’information de phase en résultant est transformée par l’électronique en un signal de tension analogique linéaire correspondant à la longueur de mesure.
