Appareil électromagnétique pour détecter un objet métallique
La présente invention a pour objet un appareil électromagnétique pour détecter un objet métallique présentant des propriétés magnétiques ou une faible résistance électrique.
Les appareils électromagnétiques de détection de métaux peuvent comprendre une tte sensible ayant un certain nombre de bobines d'inductance montées dans un pont. Certaines de ces bobines sont actives, c'est-à-dire disposées de manière à tre influencées par la présence d'un objet métallique étranger à proximité de la tte sensible, alors que d'autres bobines échappent à cette influence. Ainsi, lorsqu'il y a un objet métallique à proximité de la tte, le pont est déséquilibré. Un but de l'invention est de fournir un tel appareil comportant un organe sensible particulièrement simple.
L'appareil faisant l'objet de la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend un organe sensible comportant au moins deux bobines d'inductance reliées en série aux bornes d'une source d'alimentation à courant alternatif et enroulées sur un noyau magnétique rectiligne, de manière à occuper chacune la moitié de la longueur du noyau à partir d'une extrémité de ce dernier, et un circuit de sortie auquel les bobines sont couplées électriquement ou électromagnétiquement, de manière que le circuit émette un signal lorsque L'objet métallique est amené à proximité d'une extrémité dudit noyau.
Le dessin ci-annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention ainsi que diverses variantes de cette forme d'exécution.
La fig. 1 est un schéma de ladite forme d'exécution.
Les fig. 2, 3 et 4 sont des schémas de diverses variantes d'une partie de l'appareil de la fig. 1.
Les fig. 5 et 6 sont des vues d'un organe sensible de l'appareil de la fig. 1 et
la fig. 7 est un diagramme du flux dans l'organe sensible.
L'appareil représenté est alimenté par une source de courant alternatif et, comme montré à la fig. 1, son circuit d'alimentation comprend un transformateur 10 ayant un enroulement primaire 1 1 propre à tre relié à une source de courant alternatif par des bornes 12 et 13. Le transformateur 10 a un enroulement secondaire 15 à plusieurs prises 16, 17 et 18 pour alimenter des étages d'amplification magnétique décrits ci-après.
Un organe sensible 25 de l'appareil est relié à la source de courant alternatif par des conducteurs 20, 21 aboutissant à un pont formé par cet organe lui-mme (fig. 1). Cet organe comprend un noyau rectiligne 30 (fig. 5) fait de plusieurs éléments superposés en forme de l et propre à porter plusieurs bobines 31 à 34.
Les bobines 31-34 sont montées dans les branches d'un circuit en pont comportant des bornes d'entrée 41, 42. Les bobines 31, 32 sont disposées à une extrémité du noyau; ce sont les bobines inactives et elles sont montées dans deux branches opposées du pont tandis que les bobines 33, 34 sont à l'extrémité active ou exposée du noyau et sont montées dans les deux branches restantes du circuit en pont. Aux bornes de sortie 44, 45 du pont est raccordé un redresseur à deux alternances 50 dont les bornes de sortie 51, 52 sont reliées par des conducteurs 53, 54 respectivement aux enroulements de commande 55, 56 d'un premier étage 60 d'un amplificateur magnétique. Les enroulements de commande 55, 56 sont montés sur des éléments de noyaux séparés qui portent aussi des enroulements d'alimentation en énergie 61, 62.
Les enroulements de commande 55, 56 sont reliés en série et aux bornes de sortie du redresseur 50, une résistance 66 étant montée en série dans ce circuit et un condensateur 65 étant monté en shunt. Les enroulements d'ali mentation 61, 62 sont reliés aux prises 18, 16 du secondaire 15 du transformateur 10, par des conducteurs 71 et 72 et des diodes 73, 74. Les extrémités opposées des enroulements 61, 62 sont reliées à des enroulements de commande 76, 75 du second étage 80 de l'amplificateur magnétique et le circuit est fermé par une résistance 96 et par un conducteur 94 disposés entre une connexion commune des enroulements de commande 75, 76 et la prise 17 de l'enroulement 15.
Le second étage 80 de l'amplificateur comprend aussi deux éléments de noyau séparés portant des enroulements d'alimentation 81, 82 ainsi que les enroulements de commande 74, 75. Les enroulements d'alimentation 81, 82 sont reliés par des conducteurs 83, 84 et des redresseurs 85, 86 aux extrémités de l'enroulement secondaire 15 de sorte qu'ils sont alimentés à un niveau énergétique plus élevé que celui obtenu aux prises 16, 18 de l'enroulement secondaire. Les enroulements d'alimentation 81, 82 sont reliés par un conducteur 88 qui, à son tour, est relié à un conducteur 89 et à une borne de sortie 91 de l'amplificateur, la seconde borne de sortie 90 étant reliée par des conducteurs 93, 94 à la prise médiane 17 de l'enroulement secondaire 15.
Comme montré à la fig. 1, les bornes de sortie 90, 91 sont reliées à un enroulement de relais 100 placé par exemple en un point éloigné pour actionner des contacts électriques ordinaires qui exécutent des opération de commutation ou d'autres fonctions de commande.
Comme mentionné, les bobines de l'organe sensible 25 sont montées sur le noyau 30 (fig. 5 et 6) et ceci de telle manière que les enroulements actifs 33, 34 soient placés vers une extrémité du noyau, c'est-à-dire sur une moitié de celui-ci et les enroulements 31, 32 soient placés sur l'autre moitié. Les bobines sont placées autour du noyau, comme montré. Celles-ci ainsi que le noyau sont recouverts d'un blindage magnétique et électrique 100 qui entoure les bobines, et par un chapeau d'extrémité 101 en acier inoxydable qui se laisse traverser par le flux. Le chapeau 101 est fixé à l'extrémité ouverte du blindage 100 par soudure.
Quand les bobines sont parcourues par un courant, elles engendrent un flux qui se disperse aux extrémités du noyau comme montré à la fig. 7. Le flux à l'extrémité active de l'organe sensible est dirigé à travers le chapeau 101 et sa répartition sera modifiée par un objet étranger métallique dont la résistivité électrique est faible ou qui présente des propriétés magnétiques.
Ainsi, lorsqu'un morceau de métal magnétique est placé à proximité du chapeau d'extrémité 101, le métal tendra à concentrer les lignes de flux, produisant ainsi une plus grande concentration du flux dans les bobines intérieures et extérieures à l'extrémité active de l'élément de noyau, et augmentant l'inductance apparente des bobines actives. Ces bobines étant placées dans des branches opposées du pont, les effets s'ajoutent et le rapport des inductances entre les enroulements des branches voisines du pont change pour déséquilibrer le pont et donner à travers le redresseur 50 un signal de sortie en courant continu allant vers les enroulements de commande 55, 56 de l'étage d'amplification 60.
Cet étage 60 est agencé pour envoyer du courant aux enroulements de commande de l'étage d'amplification 80 quand aucun signal de commande n'est envoyé aux bobines 55, 56, et dans ces conditions l'étage 80 ne donnera pas de signal de sortie. Si un signal de commande est envoyé dans les enroulements 55, 56, l'étage 60 sera bloqué et l'absence d'un signal de commande sur l'étage 80 permettra à l'amplificateur de fournir de l'énergie au dispositif éloigné à commander.
Les fig. 2, 3 et 4 montrent diverses variantes de connexion des bobines de l'organe sensible 25. A la fig. 2, les enroulements 31 et 33 sont reliés en série et aux conducteurs 20, 21 allant au secteur d'alimentation en 12, 13. Ces enroulements fonctionnent comme enroulements primaires pour l'organe sensible et coopèrent avec les enroulements secondaires 32, 34 qui sont reliés en série et en opposition aux bornes du redresseur 50. Lorsqu'il n'y a pas de corps étranger métallique près de l'extrémité active de l'organe sensible, la tension de sortie et le courant seront sensiblement nuls à cause du branchement en opposition des enroulements secondaires.
Lorsqu'un bloc de matière magnétique est présent à proximité de l'extrémité active de l'organe sensible, la symétrie du flux sera perturbée et le flux passant dans les enroulements 33 et 34 sera concentré, ce qui induira une tension supplémentaire dans l'enroulement 34 tandis que l'enroulement 32 ne sera pas affecté de façon semblable. Un signal circulera alors dans les enroulements secondaires pour tre appliqué au redresseur à deux alternances.
Lorsque l'objet étranger est du type à faible résistivité, un déséquilibre est produit, dans les enroulements secondaires normalement équilibrés par la modification du flux, ce qui charge la bobine active disposée à l'extrémité active de l'organe sensible. Toute matière bonne conductrice ou ayant une faible résistivité spécifique sera le siège d'un écoulement de courant induit en raison du flux qui la traverse. Ceci a pour effet de produire un courant secondaire dans l'organe sensible. Avec un organe sensible à noyau rectiligne, le circuit magnétique est tel qu'il présente normalement un couplage relativement lâche entre les bobines placées sur le noyau et la présence de ce courant secondaire diminuera encore le couplage entre les enroulements à l'extrémité active du noyau.
Les bobines 31 et 32 situées à l'extrémité opposée du noyau, seront relativement peu affectées et les bobines 32 et 34 produiront une tension alternative de sortie notable et opposée à la tension de sortie occasionnée par la présence d'un corps étranger de matière magnétique. Le redresseur 50 produira donc un signal de sortie continu qui sera appliqué à l'amplificateur, comme auparavant. Si l'on désire obtenir une tension de sortie alternative à partir de l'organe sensible, le redresseur 50 doit tre supprimé et on emploiera un équipement d'amplification du courant alternatif.
La variante d'organe sensible montrée à la fig. 3 emploie à nouveau le principe du transformateur, les bobines primaires 31, 33 étant reliées à la source de courant alternatif à travers les conducteurs 20, 21 et les bobines 32, 34 servant d'enroulements secondaires. Ces bobines secondaires 32, 34 comportent des prises 112, 111. Les extrémités de la bobine 34 sont reliées par des diodes 114, 115 à une borne commune et à un conducteur 118. Les extrémités de la bobine 32 sont reliées par des diodes 116, 117 d'orientations opposées et comportant une borne commune entre elles reliée à un conducteur 119.
Des résistances 120, 121 et 122 sont montées en série entre les conducteurs 118, 119 pour former un pont avec les bobines secondaires, la résistance 121 étant munie d'un curseur réglable 124 qui est relié au conducteur 53 lui-mme connecté aux enroulements de commande de l'étage amplificateur 60. Les prises 111, 112 sont reliées entre elles par un conducteur 125 relié au conducteur 54. Les bobines secondaires de ce circuit sont reliées de façon indépendante aux redresseurs pour donner un courant de sortie de repos dans les résistances fixes.
Avec cet agencement, les redresseurs sont toujours parcourus par du courant; il en résulte que dès que la répartition du flux est modifiée, mme légèrement, un faible courant s'écoule immédiatement dans le circuit de sortie et une tension relativement importante n'est pas nécessaire pour vaincre la forte résistance opposée au début du courant par les redresseurs, dans le sens direct.
Le circuit montré à la fig. 4 utilise un organe sensible à deux bobines seulement. Cet organe comprend le mme noyau rectiligne que précédemment (fig. 5, 6 et 7), les paires de bobines disposées autour de chaque moitié du noyau étant remplacées chacune par une bobine unique (130 ou 140). Ces bobines sont reliées aux conducteurs 20, 21 et deux impédances 132, 142 sont montées en parallèle avec les bobines pour former un pont. L'une des bobines 130, 140 est placée à l'extrémité active du noyau, et l'autre à l'extrémité opposée. La connexion commune entre les bobines 130, 140 est reliée par un conducteur 145 à un redresseur des deux alternances 146 dont le circuit d'entrée est fermé par un conducteur 147 relié à une connexion commune des impédances 132, 142.
La tension de sortie du redresseur 146 est obtenue aux bornes de sortie 148, 149 qui sont reliées aux conducteurs 53, 54; ceux-ci sont connectés aux enroulements de commande 55, 56 de l'étage amplificateur 60.
Dans cet agencement, I'écoulement de courant dans les branches du pont comprenant les bobines et les impédances 132, 142, qui peuvent tre des résistances, des capacités ou des inductances, est tel que le pont est équilibré dans des conditions normales. Lorsqu'un objet métallique est présenté à l'extrémité active de l'organe sensible, la répartition du flux est modifiée à cette extrémité. La concentration des lignes de force provoque un changement notable apparent de l'inductance de la bobine active, cette inductance s'accroissant, tandis que l'autre bobine n'est pas affectée. Comme les bobines sont reliées en série, le changement de l'inductance cause un déséquilibre du pont et un courant de sortie s'écoule à travers le redresseur 146 vers les enroulements de commande de l'étage amplificateur 60.
Lorsque l'objet étranger métallique est d'une matière de faible résistivité, le flux dans la bobine active est à nouveau modifié et cette modification tend à diminuer l'inductance de la bobine active, provoquant l'apparition d'un signal de sortie de sens différent de celui du courant produit par un objet métallique magnétique. Comme le redresseur à deux alternances 146 est monté aux bornes de sortie du pont, le sens du signal de réponse est sans importance.
L'appareil décrit comprend un organe sensible simple, de fabrication économique et d'installation aisée. Il permet de détecter la présence d'un certain nombre d'objets étrangers métalliques sans nécessiter aucun circuit supplémentaire exigeant des circuits d'alimentation spéciaux.