EP1601986A2 - Systeme de mesure d'un champ magnetique basse frequence et systeme de modulation d'un champ magnetique mis en oeuvre dans le systeme de mesure - Google Patents

Systeme de mesure d'un champ magnetique basse frequence et systeme de modulation d'un champ magnetique mis en oeuvre dans le systeme de mesure

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Publication number
EP1601986A2
EP1601986A2 EP04720030A EP04720030A EP1601986A2 EP 1601986 A2 EP1601986 A2 EP 1601986A2 EP 04720030 A EP04720030 A EP 04720030A EP 04720030 A EP04720030 A EP 04720030A EP 1601986 A2 EP1601986 A2 EP 1601986A2
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
magnetic field
amplitude
magnetic
measured
high frequency
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP04720030A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Daniel Bloyet
Christophe Dolabdjian
Ahmed Quasimi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Original Assignee
Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
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Filing date
Publication date
Application filed by Centre National de la Recherche Scientifique CNRS filed Critical Centre National de la Recherche Scientifique CNRS
Publication of EP1601986A2 publication Critical patent/EP1601986A2/fr
Withdrawn legal-status Critical Current

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Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/04—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux using the flux-gate principle
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02—Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • H—ELECTRICITY
    • H03—ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03F—AMPLIFIERS
    • H03F2200/00—Indexing scheme relating to amplifiers
    • H03F2200/261—Amplifier which being suitable for instrumentation applications

Definitions

  • this device comprising: - an element made of magnetic material whose permeability is likely to vary between at least two different values as a function of the amplitude of the magnetic field in which it is placed, and
  • the invention also relates to a system for modulating a high frequency magnetic field as a function of a low frequency magnetic field used in this measurement system.
  • measurement systems combine magnetic field sensors with devices to shift the spectrum of the low-frequency magnetic field to higher frequencies where excess noise does not exist.
  • the device for shifting the spectrum is formed from a source of high frequency magnetic fields and a tube in hard ferromagnetic material placed in the high frequency magnetic field.
  • the amplitude of the high frequency magnetic field is chosen so as to saturate the ferromagnetic material with a frequency twice that of the high frequency magnetic field.
  • This alternative saturation of the ferromagnetic material corresponds to a variation in the permeability of this material between a value ⁇ i for which the material is saturated and therefore transparent to external magnetic fields, and a value ⁇ 2 for which the material is opaque to magnetic fields and forms so a screen.
  • the senor is placed inside the tube and the tube is exposed to the low frequency magnetic field to be measured.
  • the low frequency magnetic field can only reach the sensor when the tube is transparent to external magnetic fields.
  • the "Chopper” device chops the low frequency magnetic field at a frequency twice the high frequency magnetic field and only this chopped magnetic field is measured by the sensor.
  • the chopped magnetic field can be seen as an amplitude modulation of the high frequency magnetic field as a function of the low frequency magnetic field. Consequently, this system makes it possible to shift the spectrum of the low frequency magnetic field towards higher frequencies, here, twice that of the high frequency magnetic field and therefore to benefit from the better sensitivity of the sensor for these higher frequencies.
  • This system requires the production of a controllable magnetic screen surrounding the sensor. This can turn out to be difficult to achieve and of a considerable bulk.
  • the invention aims to remedy this drawback by proposing a measurement system having the same advantages, but without using a controlled magnetic screen.
  • the subject of the invention is therefore a low frequency magnetic field measurement system, characterized:
  • said source is able to create a high frequency magnetic field intended to be amplitude modulated, this high frequency magnetic field combining with the magnetic field to be measured to create a magnetic field resulting from both the magnetic field to be measured and the high frequency magnetic field,
  • the magnetic field sensor is associated with the element made of magnetic material so as to measure a magnetic field which is a function of the magnetic field created inside this element by the resulting magnetic field.
  • the amplitude of the resulting magnetic field B app corresponds to the vector sum of the low frequency magnetic field B ext and the high frequency magnetic field B a .
  • the amplitude of the field B app therefore has a high frequency component and a low frequency component.
  • the magnetic material is placed in this field B app .
  • the apparent permeability of this magnetic material is likely to vary between two different values ⁇ i and ⁇ 2 depending on the amplitude of the magnetic field in which it is placed, that is to say, here, the field B app .
  • the senor When the amplitude of the field B app is less than the threshold B t , the sensor measures a field proportional to ⁇ i x B app , while when the amplitude of the field B app is greater than the threshold Bt, the sensor measures a field proportional to ⁇ 2 x B app .
  • the variations in the amplitude of the field B app are essentially caused by the variations in the field B a .
  • the fact that the permeability of the magnetic material varies as a function of the magnetic field in which it is placed makes it possible to modify the amplitude of the high frequency component of the field measured by the sensor.
  • the amplitude of the high frequency component of the measured field is less than that which would have been measured if the permeability of the magnetic material did not vary.
  • the measured high frequency component is clipped as soon as the threshold B t is crossed.
  • the time during which the measured field is proportional to ⁇ 2 x B app is a function of the value of the amplitude of the field B ex t. Indeed, the more the value of the amplitude of the field B ext is close to, or even greater than the threshold B t , the longer the amplitude of the resulting field B app remains above the threshold B t .
  • the system described above makes it possible to modify the amplitude of the high frequency component measured as a function of the amplitude of the field B ex t.
  • the system described above therefore carries out an amplitude modulation of the high frequency component measured by the sensor as a function of the field B ext without using a controlled magnetic screen.
  • the curve representing the value of the permeability of the element made of magnetic material as a function of the amplitude of the magnetic field in which it is placed has at least two plates substantially constant permeability value connected together by a slope corresponding to a breaking amplitude of the magnetic field, and the source is also capable of creating an additional magnetic field which combines with the magnetic field to be measured so as to approximate the amplitude of the component continuous or low frequency of the magnetic field resulting from the breaking amplitude;
  • It includes a device for controlling the amplitude of the additional magnetic field to maintain the continuous or low frequency component of the resulting magnetic field equal to the breaking amplitude to within one error, this error being proportional to the variations of the magnetic field at measure ;
  • - the amplitude of the high frequency magnetic field is substantially equal to the breaking amplitude;
  • Said element made of magnetic material has an antenna shape to increase the density of the magnetic flux of the magnetic field to be measured received by the magnetic field sensor;
  • - Said element made of magnetic material is in the form of at least one cylindrical bar forming said antenna; - The source of magnetic fields comprises a coil extending around said at least one cylindrical bar;
  • the magnetic field sensor has an overlapping frequency below which the sensitivity of the sensor decreases, and said frequency of the high frequency magnetic field is at least equal to twice this overlapping frequency;
  • the element made of magnetic material is made of soft ferromagnetic material.
  • the subject of the invention is also a system for amplitude modulation of a high frequency magnetic field by a continuous or low frequency magnetic field, characterized in that it comprises:
  • a source capable of creating the high frequency magnetic field intended to be amplitude modulated, this high frequency magnetic field combining with the continuous or low frequency magnetic field to create a magnetic field resulting function of both the continuous or low frequency magnetic field and the high frequency magnetic field,
  • the permeability of this magnetic material being likely to vary between at least two different values depending on the amplitude of the magnetic field in which it is placed,
  • a magnetic field sensor associated with the element made of magnetic material so as to measure the magnetic field created inside this element by the resulting magnetic field, the measured magnetic field corresponding to the high frequency magnetic field modulated as a function of the field magnetic continuous or low frequency.
  • FIG. 1 is a schematic view of a system according to the invention.
  • FIG. 2 is a graph representing the asymptotic value of the apparent permeability of a magnetic material used in the system of Figure 1 for different magnetic fields;
  • FIG. 3 is a graph representing the evolution of the value of the magnetic field measured in the system of FIG. 1, and
  • FIG. 4 is a schematic view of a variant of the system of FIG. 1.
  • FIG. 1 represents a system for measuring the amplitude variations of a low frequency magnetic field B ex t designated by the general reference 2.
  • the system 2 comprises a conventional Hall effect magnetic field sensor 4 of micrometric size, also known by the term "Hall ⁇ -probe".
  • This sensor 4 is for example formed on a moderately doped conductive layer.
  • this sensor 4 has a flat active face 6 in the form of a Greek cross with four rectangular branches.
  • the active face 6 is represented as being vertical in the perspective view of FIG. 1.
  • Each branch typically measures between 160 and 320 ⁇ m in length and has a width of between 40 and 80 ⁇ m.
  • the active face 6 of such a magnetic field sensor is only sensitive to the component of the magnetic field perpendicular thereto.
  • branches intended to be crossed by a current I are here aligned on the vertical, while the branches between which a voltage is measured are aligned on the horizontal.
  • the upper vertical branch is connected, via a connection terminal 10, to a current source 11.
  • the lower vertical branch is connected by a connection terminal 12 to ground.
  • the two horizontal branches are connected, via respective connection terminals 14 and 16, to the inputs of a synchronous voltage detector 18.
  • This detector 18 is able to measure the amplitude of the fundamental frequency of the voltage signal received at its inputs. This amplitude is noted, here, V b (t).
  • This sensor 4 has, like all conventional magnetic sensors, background noise whose amplitude is uniformly distributed and excess noise added to the background noise for low frequencies. This excess noise is also known by the English term "1 / f noise”. The frequency from which excess noise begins to appear is referred to here as the crossover frequency.
  • the system 2 includes a device 26 for shifting the frequency spectrum of the low frequency magnetic field B ex t to be measured towards higher frequencies.
  • the device 26 comprises an element such as an antenna
  • the antenna 28 made of soft ferromagnetic material associated with a source of high frequency magnetic fields. Soft ferromagnetic materials have the advantage, compared to other possible magnetic materials, of not exhibiting hysteresis during variations in magnetic fields.
  • the antenna 28 is, for example, a cylindrical bar of round or square section. This cylindrical bar is arranged perpendicular to the active face 6 and substantially in the center of the latter.
  • the end of this bar facing the active face is either in contact with it or in the vicinity of the latter, it ie spaced a few micrometers from it.
  • the antenna 28 is, here, spaced 7.5 ⁇ m ⁇ 2.5 ⁇ m from the active face 6.
  • the amount of magnetic flux picked up by this antenna 28 and transmitted to the sensor 4 depends on the shape and the material of this antenna.
  • the quantity of magnetic flux picked up depends mainly on the permeability of the magnetic material and the ratio of the length to the diameter of the antenna.
  • the term permeability alone is used to designate the apparent permeability.
  • the length of the antenna 28 is large relative to its diameter.
  • the length of the antenna 28 is between 3 mm and 20 mm, while its diameter is between 15 ⁇ m and 45 ⁇ m for " ⁇ -deHall probe" sensors. This diameter is of the order of the size of the active surface of the sensor 4.
  • the length of the antenna 4 is 5 mm, while its diameter is 30 ⁇ m, in the case where the branches each have a dimension of 160 by 40 ⁇ m.
  • the permeability of the magnetic material of the antenna 28 varies as a function of the amplitude of the magnetic field B app in which it is placed.
  • the curve ( Figure 2) representing the permeability as a function of the amplitude of the field B app successively presents three plates 36, 38 and 40 of substantially constant value.
  • the plates 36 and 40 correspond to a value of the permeability ⁇ 2
  • the plate 38 corresponds to a value of the permeability ⁇ -i. ⁇ i is very clearly greater than ⁇ 2 .
  • Tray 36 covers all negative values up to a threshold
  • the permeability increases suddenly to reach the plateau 38.
  • the plateau 38 extends from the threshold - Bt to a threshold B t .
  • the value of the permeability decreases suddenly to reach the plate 40.
  • the plate 40 extends to infinity from the threshold B t .
  • the ferromagnetic material chosen has a high permeability ⁇ i, that is to say greater than 1000.
  • the ferromagnetic material chosen is a amorphous material rich in cobalt having a permeability ⁇ -i equal to 10 3 and thresholds ⁇ Bt equal respectively to ⁇ 130 ⁇ T. This material is sold by XT Inc., 1744 William Street, Suite 104, Montreal, Quebec, Canada H3J 1 4.
  • the source of high frequency magnetic fields is here produced using a coil 42 wound uniformly along the length of the antenna 28 and connected to a current generator 44.
  • the generator 44 is capable of generating an alternating current of frequencies between 10 kHz and 1 MHz so as to create, inside the winding 42, a high frequency alternating magnetic field B a .
  • the frequency is chosen to be greater than or equal to twice the recovery frequency of the sensor 4.
  • the generator 44 generates sinusoidal or triangular current signals.
  • the generator 44 is also capable of superimposing on the alternating current a current controlled by the amplitude of the field B ex t.
  • This controlled current creates, inside the winding 42 a magnetic field B c .
  • the amplitude of the servo current is controlled so as to try to maintain at all times the cumulative amplitudes of the fields B c and B ex t equal to the value of a constant amplitude setpoint.
  • the value of this constant amplitude setpoint is here chosen equal to the value of the threshold Bt. This choice makes it possible to maximize the linearity and the sensitivity of the system 2.
  • the system 2 also includes a servo device 48.
  • the input of the device 48 is connected by via a low-pass filter 50 at the output of the synchronous detector 18.
  • the output of the device 48 is, in turn, connected to an input of the generator 44 for controlling the intensity of the controlled current.
  • the servo device 48 is conventional and will therefore not be described here in more detail. It is simply recalled that because of the imperfections of such servo devices, the amplitudes of the fields B ex t and B c are actually connected by the following formula:
  • the amplitude of the intensity of the alternating current is chosen so that the amplitude of the alternating field B a is equal to the value of the threshold B t .
  • FIG. 3 represents the value of the magnetic field B direction measured by the sensor 4 as a function of the field B app applied to the antenna 28.
  • the amplitude of the field B sen s is proportional to the apparent permeability ( ⁇ i or ⁇ 2 ) of the magnetic material of the antenna 28 multiplied by the amplitude of the field B ap .
  • this graph presents three successive linear sections 52, 54, 58 corresponding respectively to the plates 36, 38 and 40 of permeability values.
  • the antenna 28 is placed inside the coil 42, so that it is placed in the fields B a and B c created by this coil.
  • the antenna 28 is exposed to the low frequency magnetic field at measure B ex t. Consequently, the field B app , in which this antenna 28 is placed, results from the vectorial sum of the fields B a , B c and B and .
  • the amplitude of the field B ext cumulated with the amplitude of the field B c can be considered constant, since their amplitudes vary a lot . slower than that of field B a .
  • the field B ap can therefore be represented as being formed by a continuous component represented by the vertical dotted line 60 in FIG. 3 and by an alternative component represented by the vertical sinusoid 62 of amplitude B É .
  • the amplitude of the field B e ⁇ t varies.
  • Line 60 is therefore spaced from a vertical line passing through the threshold Bt by the error ⁇ .
  • Field B sen s. measured by the sensor 4 during this same period, is represented by the signal in the form of a horizontal sinusoid 64.
  • the amplitude of the field B sense is proportional to ⁇ i x B app as long as the sinusoid 62 does not exceed the threshold B t . Beyond this threshold Bt, the amplitude of Bsens is proportional to ⁇ 2 x B app . Consequently, since ⁇ 2 is very much less than ⁇ -i, the exceeding of the threshold Bt by the sinusoid 62 results in a clipping of the alternating component 64 measured by the sensor 4.
  • Such a clipped sinusoid 64 corresponds to a fundamental frequency or first harmonic whose amplitude is smaller than if this sinusoid 64 was not clipped (shown in phantom in Figure 3).
  • the clipping of the sinusoid 64 is therefore a function of variations in the amplitude of the low frequency magnetic field.
  • the high frequency component measured by the sensor 4 is amplitude modulated as a function of variations in the low frequency magnetic field.
  • the signal measured by the sensor 4 comprising, in particular, the amplitude-modulated high frequency component, is transmitted, in the form of an electrical signal, to the synchronous detector 18.
  • This synchronous detector 18 extracts only the amplitude V b (t) of the received signal.
  • This amplitude V b (t) is proportional to the variations in the amplitude of the field B e t.
  • the antenna 28 makes it possible to increase the flux density of the magnetic field B ext picked up and measured by the sensor 4.
  • the system 2 described here also makes it possible to improve the signal / noise ratio of the sensor 4, in particular at low frequencies.
  • the choice of the amplitude of the field B a equal to the threshold Bt makes it possible to guarantee that the slightest variation of the amplitude of the field B ex t will result in a variation of the amplitude of the first harmonic of the high frequency component measured by the sensor 4.
  • the creation of the additional magnetic field B c makes it possible to place the sinusoid 60, in the absence of the magnetic field B ex t, on the breaking point between the two linear sections 54 and 58. Consequently, a displacement on the right or on the left line 60 results in a variation of the amplitude of the high frequency component proportional to the amplitude of the displacement.
  • the operation of system 2 under these conditions is therefore linear.
  • the servo device 44 makes it possible to limit the displacements of the line 60 in an area close to the breaking point, that is to say in an area where any displacement of the line 60 results in a corresponding modulation. of the high frequency component of the field B se ⁇ s.
  • the output V b (t) is only proportional to the variations of the field B ex t and not to the amplitude of the field B ext .
  • the system 2 has no offset or "Offset" of the signal Vt, (t) depending on the amplitude of the field B ⁇ ⁇ t .
  • the system 2 is also able to measure magnetic fields whose frequency is greater than 100 kHz, that is to say magnetic fields which are generally not considered to be low frequency. However, it has been found that system 2 also makes it possible to improve the sensitivity of the measurement for these magnetic fields greater than 100 kHz. Thus, the system 2 can be used to measure any magnetic field whose frequency is lower than the cut-off frequency of the servo device 48.
  • FIG. 4 represents a different arrangement of the antenna 28.
  • the largest side of a cylindrical bar forming an antenna 78 is arranged parallel to the active surface of the sensor 4 in contact or spaced a few micrometers from this active surface.
  • the operation of this variant is identical to that of the system 2 except that in this variant, the sensor 4 measures a radial component of the magnetic field created inside the element made of magnetic material by the field B.
  • Terror ⁇ of the servo device 48 is a function of the times the amplitude and frequency variations of the field B ex t.
  • the signal delivered by the sensor 4 is therefore a time signal, the spectrum of which is a function of these variations in amplitude and frequency.
  • the antenna is associated with other types of magnetic field sensors, such as magneto-resistive sensors.
  • the shape, dimensions and position of the antenna 28 can be modified with respect to the embodiment described here so as to adapt, for example, to a different orientation of the low frequency magnetic field to be measured.
  • Different shapes and dimensions for the antenna also modify the field gain of the antenna, that is to say the amplification of the low frequency magnetic field by the antenna.
  • the evolution of the permeability as a function of the amplitude of the magnetic field in which the magnetic material is placed has at least one non-linearity which makes it possible to vary the amplitude of the field created inside. of this magnetic material as a function of the amplitude of the field in which it is placed.
  • the system is adapted to also measure the amplitude of the magnetic field B ext .
  • a processing unit is connected to the output of the synchronous detector 18 and to the output of the servo device 48.
  • This processing unit is able to calculate the amplitude in absolute value of the field B ex t from the value of the variations V (t) of the field Bext and the value of the amplitude of the field B c deduced from the servo current applied by the servo device 48.
  • the processing unit can, for example, calculate l amplitude of field B ext from formula (1).

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Abstract

Ce système de mesure d'un champ magnétique continu ou basse fréquence comporte : une source (42, 44) apte à créer un champ magnétique haute fréquence destiné à être modulé en amplitude, ce champ magnétique haute fréquence se combinant avec le champ magnétique à mesurer pour créer un champ magnétique résultant dont l'amplitude est fonction à la fois de la valeur du champ magnétique à mesurer et de l'amplitude du champ magnétique haute fréquence, un élément en matériau magnétique (28) placé dans le champ magnétique résultant, et un capteur de champs magnétiques (4) associé à l'élément en matériau magnétique (28) de manière à mesurer le champ magnétique créé à l'abord de cet élément par le champ magnétique résultant.

Description

Système de mesure d'un champ magnétique basse fréquence et système de modulation d'un champ magnétique mis en oeuyre dans le système de mesure.
L'invention concerne un système de mesure de champs magnétiques continus ou basses fréquences comportant :
- un capteur de champs magnétiques,
- un dispositif pour décaler le spectre du champ magnétique à mesurer vers des fréquences plus élevées, ce dispositif comportant : - un élément en matériau magnétique dont la perméabilité est susceptible de varier entre au moins deux valeurs différentes en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, et
- une source de champs magnétiques indépendante du champ magnétique à mesurer. L'invention a également pour objet un système de modulation d'un champ magnétique haute fréquence en fonction d'un champ magnétique basse fréquence mis en oeuvre dans ce système de mesure.
De tels systèmes de mesure permettent d'améliorer la sensibilité des capteurs de champs magnétiques conventionnels pour mesurer des champs magnétiques continu ou basses fréquences, c'est-à-dire de quelques Hertz et, généralement, moins de 100 kHz. Dans la suite de la description, le terme "basse fréquence" désigne aussi bien un champ alternatif basse fréquence qu'un champ magnétique de fréquence nulle, c'est-à-dire un champ magnétique continu. II est connu que la sensibilité des capteurs de champs magnétiques est limitée par un bruit de fond blanc lié à des phénomènes thermiques. La puissance de ce bruit de fond blanc est sensiblement constante, quelle que soit la fréquence considérée. A ce bruit de fond blanc se superpose un bruit excédentaire pour les basses fréquences. Dès lors, pour qu'un champ magnétique haute fréquence puisse être mesuré, il suffit que sa puissance soit supérieure à celle du bruit de fond blanc. Par contre, pour qu'un champ magnétique basse fréquence puisse être mesuré, il faut que sa puissance soit supérieure à celle du bruit de fond blanc cumulée à celle du bruit excédentaire. Ainsi, la sensibilité des capteurs de champs magnétiques se dégrade de façon importante vers les basses fréquences.
Pour remédier à ce problème, des systèmes de mesure associent aux capteurs de champs magnétiques des dispositifs pour décaler le spectre du champ magnétique basse fréquence vers des fréquences plus élevées où le bruit excédentaire n'existe pas.
Un - tel système est divulgué dans la demande de brevet US-A- 4 963 827. Dans ce système, le dispositif pour décaler le spectre appelé "Chopper" est formé d'une source de champs magnétiques hautes fréquences et d'un tube en matériau ferromagnétique dur placé dans le champ magnétique haute fréquence. L'amplitude du champ magnétique haute fréquence est choisie de manière à saturer le matériau ferromagnétique avec une fréquence double de celle du champ magnétique haute fréquence. Cette saturation alternative du matériau ferromagnétique correspond à une variation de la perméabilité de ce matériau entre une valeur μi pour laquelle le matériau est saturé et donc transparent aux champs magnétiques extérieurs, et une valeur μ2 pour laquelle le matériau est opaque aux champs magnétiques et forme donc un écran.
Dans ce système, le capteur est placé à l'intérieur du tube et le tube est exposé au champ magnétique basse fréquence à mesurer.
Dès lors, lorsque la source de champs magnétiques hautes fréquences est activée, le champ magnétique basse fréquence ne peut atteindre le capteur que lorsque le tube est transparent aux champs magnétiques extérieurs. Ainsi, le dispositif "Chopper" hache le champ magnétique basse fréquence à une fréquence double du champ magnétique haute fréquence et seul ce champ magnétique haché est mesuré par le capteur. Le champ magnétique haché peut être vu comme une modulation en amplitude du champ magnétique haute fréquence en fonction du champ magnétique basse fréquence. Dès lors, ce système permet de décaler le spectre du champ magnétique basse fréquence vers des fréquences plus élevées, ici, deux fois celle du champ magnétique haute fréquence et donc de bénéficier de la meilleure sensibilité du capteur pour ces fréquences plus élevées. Ce système nécessite la réalisation d'un écran magnétique commandable entourant le capteur. Ceci peut s'avérer difficile à réaliser et d'un encombrement important.
L'invention vise à remédier à cet inconvénient en proposant un système de mesure présentant les mêmes avantages, mais sans utiliser un écran magnétique commandé.
L'invention a donc pour objet un système de mesure de champ magnétique à basse fréquence, caractérisé :
- en ce que ladite source est apte à créer un champ magnétique haute fréquence destiné à être modulé en amplitude, ce champ magnétique haute fréquence se combinant avec le champ magnétique à mesurer pour créer un champ magnétique résultant fonction à la fois du champ magnétique à mesurer et du champ magnétique haute fréquence,
- en ce que l'élément en matériau magnétique est placé dans le champ magnétique résultant, et
- en ce que le capteur de champs magnétiques est associé à l'élément en matériau magnétique de manière à mesurer un champ magnétique fonction du champ magnétique créé à l'intérieur de cet élément par le champ magnétique résultant. L'amplitude du champ magnétique résultant Bapp correspond à la somme vectorielle du champ magnétique basse fréquence Bext et du champ magnétique haute fréquence Ba. L'amplitude du champ Bapp présente donc une composante haute fréquence et une composante basse fréquence.
Sur un bref intervalle d'observation, par exemple, égal à une période du champ magnétique haute fréquence Ba, il est possible de considérer que la composante basse fréquence est constante et que seule la composante haute fréquence varie autour de cette valeur constante.
Le matériau magnétique est placé dans ce champ Bapp. La perméabilité apparente de ce matériau magnétique est susceptible de varier entre deux valeurs différentes μi et μ2 en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, c'est-à-dire, ici, le champ Bapp. Il existe donc un seuil Bt en-dessous duquel la perméabilité apparente du matériau magnétique est égale à μi et au-dessus duquel la perméabilité apparente du matériau magnétique est égale à u2.
Lorsque l'amplitude du champ Bapp est inférieure au seuil Bt, le capteur mesure un champ proportionnel à μi x Bapp, tandis que lorsque l'amplitude du champ Bapp est supérieure au seuil Bt, le capteur mesure un champ proportionnel à μ2 x Bapp. Sur le court intervalle d'observation choisi, les variations de l'amplitude du champ Bapp sont essentiellement causées par les variations du champ Ba. Ainsi, le fait que la perméabilité du matériau magnétique varie en fonction du champ magnétique dans lequel il est placé permet de modifier l'amplitude de la composante haute fréquence du champ mesuré par le capteur. Par exemple, si μ2 < μ-i, dès que le seuil Bt est franchi, l'amplitude de la composante haute fréquence du champ mesuré est inférieure à celle qui aurait été mesurée si la perméabilité du matériau magnétique ne variait pas. Dans ce cas, la composante haute fréquence mesurée est écrêtée dès que le seuil Bt est franchi.
Le temps pendant lequel le champ mesuré est proportionnel à μ2 x Bapp est fonction de la valeur de l'amplitude du champ Bext. En effet, plus la valeur de l'amplitude du champ Bext est proche, voire supérieure au seuil Bt, plus l'amplitude du champ résultant Bapp reste longtemps au-dessus du seuil Bt. Ainsi, le système décrit ci-dessus permet de modifier l'amplitude de la composante haute fréquence mesurée en fonction de l'amplitude du champ Bext. Le système décrit ci-dessus réalise donc une modulation en amplitude de la composante haute fréquence mesurée par le capteur en fonction du champ Bext sans pour autant utiliser d'écran magnétique commandé.
Suivant d'autres caractéristiques du système conforme à l'invention : - la courbe représentant la valeur de la perméabilité de l'élément en matériau magnétique en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, présente au moins deux plateaux de valeur de perméabilité sensiblement constante reliés entre eux par une pente correspondant à une amplitude de cassure du champ magnétique, et la source est également apte à créer un champ magnétique supplémentaire qui se combine au champ magnétique à mesurer de manière à rapprocher l'amplitude de la composante continue ou basse fréquence du champ magnétique résultant de l'amplitude de cassure ;
- il comporte un dispositif d'asservissement de l'amplitude du champ magnétique supplémentaire pour maintenir la composante continue ou basse fréquence du champ magnétique résultant égale à l'amplitude de cassure à une erreur près, cette erreur étant proportionnelle aux variations du champ magnétique à mesurer ;
- l'amplitude du champ magnétique haute fréquence est sensiblement égale à l'amplitude de cassure ; - ledit élément en matériau magnétique a une forme d'antenne pour accroître la densité du flux magnétique du champ magnétique à mesurer reçu par le capteur de champs magnétiques ;
- ledit élément en matériau magnétique se présente sous la forme d'au moins une barre cylindrique formant ladite antenne ; - la source de champs magnétiques comporte un bobinage s'étendant autour de ladite au moins une barre cylindrique ;
- le capteur de champs magnétiques présente une fréquence de recouvrement en dessous de laquelle la sensibilité du capteur décroît, et ladite fréquence du champ magnétique haute fréquence est au moins égale à deux fois cette fréquence de recouvrement ;
- l'élément en matériau magnétique est en matériau ferromagnétique doux.
L'invention a également pour objet un système de modulation en amplitude d'un champ magnétique haute fréquence par un champ magnétique continu ou basse fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une source apte à créer le champ magnétique haute fréquence destiné à être modulé en amplitude, ce champ magnétique haute fréquence se combinant avec le champ magnétique continu ou basse fréquence pour créer un champ magnétique résultant fonction à la fois du champ magnétique continu ou basse fréquence et du champ magnétique haute fréquence,
- un élément en matériau magnétique placé dans le champ magnétique résultant, la perméabilité de ce matériau magnétique étant susceptible de varier entre au moins deux valeurs différentes en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, et
- un capteur de champs magnétiques associé à l'élément en matériau magnétique de manière à mesurer le champ magnétique créé à l'intérieur de cet élément par le champ magnétique résultant, le champ magnétique mesuré correspondant au champ magnétique haute fréquence modulé en fonction du champ magnétique continu ou basse fréquence.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre, donnée uniquement à titre d'exemple, et faite en se référant aux dessins, sur lesquels :
- la figure 1 est une vue schématique d'un système conforme à l'invention ;
- la figure 2 est un graphique représentant la valeur asymptotique de la perméabilité apparente d'un matériau magnétique mis en œuvre dans le système de la figure 1 pour différents champs magnétiques ;
- la figure 3 est un graphique représentant l'évolution de la valeur du champ magnétique mesuré dans le système de la figure 1 , et
- la figures 4 est une vue schématique d'une variante du système de la figure 1. La figure 1 représente un système de mesure des variations d'amplitude d'un champ magnétique basse fréquence Bext désigné par la référence générale 2.
Le système 2 comporte un capteur conventionnel 4 de champ magnétique à effet Hall de taille micrométrique, également connu sous le terme de "μ-sonde de Hall". Ce capteur 4 est par exemple formé sur une couche conductrice modérément dopée.
Plus précisément, ce capteur 4 présente une face active plane 6 en forme de croix grecque à quatre branches rectangulaires. La face active 6 est représentée comme étant verticale dans la vue en perspective de la figure 1. Chaque branche mesure typiquement entre 160 et 320 μm de long et présente une largeur comprise entre 40 et 80 μm. La face active 6 d'un tel capteur de champ magnétique est uniquement sensible à la composante du champ magnétique perpendiculaire à celle-ci.
Les branches destinées à être traversées par un courant I sont ici alignées sur la verticale, tandis que les branches entre lesquelles est mesurée une tension sont alignées sur l'horizontale.
La branche verticale supérieure est raccordée, par l'intermédiaire d'une borne de raccordement 10, à une source de courant 11. La branche verticale inférieure est raccordée par une borne de raccordement 12 à la masse.
Les deux branches horizontales sont raccordées, par l'intermédiaire de bornes de raccordement respectives 14 et 16, aux entrées d'un détecteur synchrone 18 de tension.
Ce détecteur 18 est apte à mesurer l'amplitude de la fréquence fondamentale du signal de tension reçu à ses entrées. Cette amplitude est notée, ici, Vb(t).
Ce capteur 4 présente, comme tous les capteurs magnétiques conventionnels, un bruit de fond dont l'amplitude est uniformément répartie et un bruit excédentaire venant s'additionner au bruit de fond pour les basses fréquences. Ce bruit excédentaire est également connu sous le terme anglais de "1/f noise". La fréquence à partir de laquelle le bruit excédentaire commence à apparaître est appelée ici fréquence de recouvrement.
De manière à améliorer la sensibilité de ce capteur 4 pour les basses fréquences, le système 2 comporte un dispositif 26 pour décaler le spectre de fréquences du champ magnétique basse fréquence Bext à mesurer vers des fréquences plus élevées.
A cet effet, le dispositif 26 comporte un élément tel qu'une antenne
28 en matériau ferromagnétique doux associée à une source de champs magnétiques hautes fréquences. Les matériaux ferromagnétiques doux ont l'avantage, par rapport à d'autres matériaux magnétiques possibles, de ne pas présenter d'hystérésis lors des variations de champs magnétiques. L'antenne 28 est, par exemple, une barre cylindrique de section ronde ou carrée. Cette barre cylindrique est disposée perpendiculaire à la face active 6 et sensiblement au centre de celle-ci.
De manière à ce que le capteur 4 mesure essentiellement le champ magnétique capté par l'antenne 28, l'extrémité de cette barre tournée vers la face active est soit en contact avec celle-ci, soit aux abords de celle-ci, c'est-à- dire espacée de quelques micromètres de celle-ci. Par exemple, l'antenne 28 est, ici, espacée de 7,5 μm ± 2,5 μm de la face active 6.
La quantité de flux magnétique captée par cette antenne 28 et transmise au capteur 4 est fonction de la forme et du matériau de cette antenne. En particulier, la quantité de flux magnétique captée est fonction principalement de la perméabilité du matériau magnétique et du rapport de la longueur sur le diamètre de l'antenne. Dans la suite de cette description, le terme perméabilité seul est employé pour désigner la perméabilité apparente. De préférence, la longueur de l'antenne 28 est grande par rapport à son diamètre. Typiquement, la longueur de l'antenne 28 est comprise entre 3 mm et 20 mm, tandis que son diamètre est compris entre 15 μm et 45 μm pour des capteurs "μ-sonde deHall". Ce diamètre est de l'ordre de la taille de la surface active du capteur 4. Dans l'exemple de mode de réalisation décrit ici, la longueur de l'antenne 4 est de 5 mm, tandis que son diamètre est de 30 μm, dans le cas où les branches présentent chacune une dimension de 160 sur 40 μm.
La perméabilité du matériau magnétique de l'antenne 28 varie en fonction de l'amplitude du champ magnétique Bapp dans lequel il est placé. Ici, la courbe (Figure 2) représentant la perméabilité en fonction de l'amplitude du champ Bapp présente successivement trois plateaux 36, 38 et 40 de valeur sensiblement constante. Les plateaux 36 et 40 correspondent à une valeur de la perméabilité μ2, tandis que le plateau 38 correspond à une valeur de la perméabilité μ-i. μi est très nettement supérieur à μ2. Le plateau 36 couvre toutes les valeurs négatives jusqu'à un seuil
- Bt. Au niveau de ce seuil - Bt, la perméabilité augmente brusquement pour atteindre le plateau 38. Le plateau 38 s'étend du seuil - Bt jusqu'à un seuil Bt. Au niveau de ce seuil Bt, la valeur de la perméabilité décroît brusquement pour atteindre le plateau 40. Le plateau 40 s'étend à l'infini à partir du seuil Bt.
Ici, pour simplifier l'illustration, la pente reliant les différents plateaux a été représentée comme verticale et correspond donc à un seuil unique Bt. Toutefois, en réalité, cette pente n'est pas parfaitement verticale..
De manière à accroître la quantité de flux magnétique captée par l'antenne 28 et transmise au capteur 4, le matériau ferromagnétique choisi présente une perméabilité μi élevée, c'est-à-dire supérieure à 1000. Ici, le matériau ferromagnétique choisi est un matériau amorphe riche en cobalt présentant une perméabilité μ-i égale à 103 et des seuils ± Bt égaux respectivement à ± 130 μT. Ce matériau est vendu par la société XT Inc., 1744 William Street, Suite 104, Montréal, Québec, Canada H3J 1 4.
La source de champs magnétiques hautes fréquences est ici réalisée à l'aide d'un bobinage 42 enroulé uniformément le long de la longueur de l'antenne 28 et raccordé à un générateur de courant 44.
Le générateur 44 est apte à générer un courant alternatif de fréquences comprises entre 10 kHz et 1 MHz de manière à créer, à l'intérieur du bobinage 42, un champ magnétique alternatif haute fréquence Ba. La fréquence est choisie supérieure ou égale à deux fois la fréquence de recouvrement du capteur 4. Ici, le générateur 44 génère des signaux de courant sinusoïdaux ou triangulaires.
Le générateur 44 est également apte à superposer sur le courant alternatif un courant asservi sur l'amplitude du champ Bext. Ce courant asservi crée, à l'intérieur du bobinage 42 un champ magnétique Bc. L'amplitude du courant asservi est commandée de manière à essayer de maintenir à chaque instant le cumul des amplitudes des champs Bc et Bext égal à la valeur d'une consigne constante d'amplitude. La valeur de cette consigne constante d'amplitude est ici choisie égale à la valeur du seuil Bt. Ce choix permet de maximiser la linéarité et la sensibilité du système 2.
De manière à régler dynamiquement l'intensité du courant asservi en fonction de l'amplitude du champ Bext, le système 2 comporte également un dispositif d'asservissement 48. L'entrée du dispositif 48 est raccordée par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 50 à la sortie du détecteur synchrone 18. La sortie du dispositif 48 est, quant à elle, raccordée à une entrée du générateur 44 de commande de l'intensité du courant asservi.
Le dispositif d'asservissement 48 est classique et ne sera donc pas décrit ici plus en détail. On rappelle simplement qu'à cause des imperfections de tels dispositifs d'asservissement, les amplitudes des champs Bext et Bc sont en réalité reliées par la formule suivante :
[Bextl + |BC| + ε = |Bt| (1) où ε est une erreur due à l'asservissement. De façon classique, cette erreur ε est proportionnelle aux variations de l'amplitude et de la fréquence du champ Bext. Ici, tant que l'amplitude et la fréquence du champ magnétique Bext ne varie pas, la valeur de l'erreur ε est égale à 0.
De manière également à maximiser la sensibilité du système 2, l'amplitude de l'intensité du courant alternatif est choisie de manière à ce que l'amplitude du champ alternatif Ba soit égale à la valeur du seuil Bt.
Le fonctionnement du système 2 va maintenant être décrit à l'aide de la figure 3 dans le cas particulier où seul l'amplitude du champ Bext varie.
La figure 3 représente la valeur du champ magnétique Bsens mesurée par le capteur 4 en fonction du champ Bapp appliqué à l'antenne 28. L'amplitude du champ Bsens est proportionnelle à la perméabilité apparente (μi ou μ2) du matériau magnétique de l'antenne 28 multipliée par l'amplitude du champ Bap .
Par conséquent, ce graphique présente trois sections linéaires successives 52, 54, 58 correspondant respectivement aux plateaux 36, 38 et 40 de valeurs de perméabilité.
Le champ Bapp est ici défini par la relation suivante :
*„ = *«, + Bc + Ba .
En effet, l'antenne 28 est placée à l'intérieur du bobinage 42, de sorte qu'elle est placée dans les champs Ba et Bc créés par ce bobinage. De plus, l'antenne 28 est exposée au champ magnétique basse fréquence à mesurer Bext. Dès lors, le champ Bapp, dans lequel est placée cette antenne 28, résulte de la somme vectorielle des champs Ba, Bc et Be t.
Sur une période d'observation très courte, par exemple, égale à une période et demie du champ Ba, l'amplitude du champ Bext cumulée à l'amplitude du champ Bc peut être considérée comme constante, puisque leurs amplitudes varient beaucoup . plus lentement que celle du champ Ba. Sur cette période d'observation, le champ Ba p peut donc être représenté comme étant formé d'une composante continue représentée par la ligne en pointillés verticale 60 sur la figure 3 et d'une composante alternative représentée par la sinusoïde verticale 62 d'amplitude BÉ. Ici, on suppose que l'amplitude du champ Beχt varie.
La ligne 60 est donc espacée d'une ligne verticale passant par le seuil Bt par l'erreur ε.
Le champ Bsens. mesuré par le capteur 4 pendant cette même période, est représenté par le signal en forme de sinusoïde horizontale 64. L'amplitude du champ Bsens est proportionnelle à μi x Bapp tant que la sinusoïde 62 ne dépasse pas le seuil Bt. Au-delà de ce seuil Bt, l'amplitude de Bsens est proportionnelle à μ2 x Bapp. Dès lors, puisque μ2 est très nettement inférieure à μ-i, le dépassement du seuil Bt par la sinusoïde 62 se traduit par un écrêtage de la composante alternative 64 mesurée par le capteur 4. Une telle sinusoïde 64 écrêtée correspond à une fréquence fondamentale ou première harmonique dont l'amplitude est plus petite que si cette sinusoïde 64 n'était pas écrêtée (représentée en traits mixtes sur la figure 3).
De plus, on comprend qu'en fonction de l'emplacement de la ligne 60, que Pécrêtage de la sinusoïde 64 sera plus ou moins important. L'emplacement de la ligne 60 est déterminé par l'erreur ε qui est elle-même proportionnelle aux variations de l'amplitude du champ magnétique basse fréquence Bext-
L'écrêtage de la sinusoïde 64 est donc fonction des variations de l'amplitude du champ magnétique basse fréquence. Ainsi, la composante haute fréquence mesurée par le capteur 4 est modulée en amplitude en fonction des variations du champ magnétique basse fréquence. Le signal mesuré par le capteur 4 comportant, notamment, la composante haute fréquence modulée en amplitude, est transmis, sous la forme d'un signal électrique, au détecteur synchrone 18. Ce détecteur synchrone 18 extrait uniquement l'amplitude Vb(t) du signal reçu. Cette amplitude Vb(t) est proportionnelle aux variations de l'amplitude du champ Be t. Puisque seule la composante haute fréquence du signal mesuré par le capteur 4 est traitée, l'amélioration de la sensibilité, en ce qui concerne la mesure des champs magnétiques basses fréquences, est comme dans la demande de brevet US-A-4 963 827 due au fait que le spectre du champ magnétique basse fréquence à mesurer a été décalé vers des fréquences plus élevées. Toutefois, ici, contrairement au système de la demande de brevet US-A-4 963 827, le système 2 ne comporte aucun écran magnétique commandé.
De plus, contrairement au système de la demande de brevet US-A- 4.963 827, l'antenne 28 permet d'accroître la densité de flux du champ magnétique Bext captée et mesurée par le capteur 4.
Ainsi, le système 2 décrit ici permet également d'améliorer le rapport signal/bruit du capteur 4, notamment aux basses fréquences.
Le choix de l'amplitude du champ Ba égale au seuil Bt permet de garantir que la moindre variation de l'amplitude du champ Bext se traduira par une variation de l'amplitude du premier harmonique de la composante haute fréquence mesurée par le capteur 4.
La création du champ magnétique supplémentaire Bc permet de placer la sinusoïde 60, en l'absence du champ magnétique Bext, sur le point de cassure entre les deux sections linéaires 54 et 58. Dès lors, un déplacement à droite ou à gauche de la ligne 60 se traduit par une variation de l'amplitude de la composante haute fréquence proportionnelle à l'amplitude du déplacement. Le fonctionnement du système 2 dans ces conditions est donc linéaire. De plus, le dispositif d'asservissement 44 permet de limiter les déplacements de la ligne 60 dans une zone proche du point de cassure, c'est-à-dire dans une zone où tout déplacement de la ligne 60 se traduit par une modulation correspondante de la composante haute fréquence du champ Bseπs.
Grâce au dispositif d'asservissement 48, la sortie Vb(t) est uniquement proportionnelle aux variations du champ Bext et non pas à l'amplitude du champ Bext. Ainsi, le système 2 ne présente aucun décalage ou "Offset" du signal Vt,(t) fonction de l'amplitude du champ BΘχt.
Le système 2 est également apte à mesurer des champs magnétiques dont la fréquence est supérieure à 100 kHz, c'est-à-dire des champs magnétiques qui ne sont généralement pas considérés comme étant basse fréquence. Toutefois, il a été constaté que le système 2 permet également d'améliorer pour ces champs magnétiques supérieurs à 100 kHz la sensibilité de la mesure. Ainsi, le système 2 est utilisable pour mesurer n'importe quel champ magnétique dont la fréquence est inférieure à la fréquence de coupure du dispositif d'asservissement 48.
La figure 4 représente un agencement différent de l'antenne 28.
Dans le système de la figure 4, le plus grand côté d'une barre cylindrique formant une antenne 78 est disposé parallèlement à la surface active du capteur 4 en contact ou espacé de quelques micro-mètres de cette surface active. Le fonctionnement de cette variante est identique à celui du système 2 à l'exception du fait que dans cette variante, le capteur 4 mesure une composante radiale du champ magnétique créé à l'intérieur de l'élément en matériau magnétique par le champ B .
Le système a été décrit ici dans le cas particulier où seules les variations d'amplitude du champ Bext Sont mesurées. En variante, les variations de fréquence du champ Bext sont également mesurées. A cet effet, il suffit, par exemple, d'analyser le spectre du signal délivré par le détecteur synchrone 18. En effet, comme indiqué au cours de la description du système 2, Terreur ε du dispositif d'asservissement 48 est fonction à la fois des variations d'amplitude et de fréquence du champ Bext. Le signal délivré par le capteur 4 est donc un signal temporel dont le spectre est fonction de ces variations d'amplitude et de fréquence. Ainsi, l'analyse du spectre de ce signal permet de déterminer des variations d'amplitude et ou des variations de fréquence du champ Bext.
Les systèmes ont été décrits dans le cas particulier d'un capteur magnétique à effet "Hall". Toutefois, en variante, l'antenne est associée à d'autres types de capteurs de champs magnétiques, tels que des capteurs magnéto-résistifs. La forme, les dimensions et la position de l'antenne 28 peuvent être modifiées par rapport au mode de réalisation décrit ici de manière à s'adapter, par exemple, à une orientation différente du champ magnétique basse fréquence à mesurer. Des formes et des dimensions différentes pour l'antenne modifient également le gain en champs de l'antenne, c'est-à-dire l'amplification du champs magnétique basse fréquence par l'antenne.
Bien que ce ne soit pas le mode de réalisation préféré, il est possible de remplacer en variante l'élément en matériau ferromagnétique doux formant l'antenne par un élément ferromagnétique dur. Le système 2 a été décrit ici dans le cas particulier où l'évolution de la valeur de la perméabilité du matériau magnétique utilisé en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, présente essentiellement deux non-linéarités correspondant respectivement au seuil -Bt et +Bt. En variante, d'autres matériaux magnétiques présentant des non-linéarités différentes, sont utilisables. En effet, il suffit que l'évolution de la perméabilité en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel est placé le matériau magnétique, présente au moins une non linéarité qui permet de faire varier l'amplitude du champ créé à l'intérieur de ce matériau magnétique en fonction de l'amplitude du champ dans lequel il est placé. En variante, le système est adapté pour mesurer également l'amplitude du champ magnétique Bext. A cet effet, une unité de traitement est raccordée à la sortie du détecteur synchrone 18 et à la sortie du dispositif d'asservissement 48. Cette unité de traitement est apte à calculer l'amplitude en valeur absolue du champ Bext à partir de la valeur des variations V (t) du champ Bext et de la valeur de l'amplitude du champ Bc déduite à partir du courant asservi appliqué par le dispositif d'asservissement 48. L'unité de traitement peut, par exemple, calculer l'amplitude du champ Bext à partir de la formule (1).
Il est également possible de supprimer du système 2 le dispositif d'asservissement 48 et de commander le générateur 44 pour qu'il crée un champ supplémentaire continu Bc dont l'amplitude est, par exemple, égale au seuil Bt. Dans cette variante, les déplacements de la ligne 60 sont directement proportionnels à l'amplitude du champ Bext et non plus aux variations d'amplitude de champ Bext. A l'exception de cette différence, le fonctionnement de ce système est identique à celui de la figure 1. On obtient donc en sortie de ce système un signal Vb(t) directement proportionnel à l'amplitude du champ Bext.
Finalement, pour certaines applications particulières, il n'est pas nécessaire que le générateur 44 produise un courant supplémentaire pour créer le champ magnétique supplémentaire Bc. Dans ce cas, il n'existe pas de champ magnétique supplémentaire Bc pourrdécaler le champ Bext vers une zone où la linéarité du système est meilleure.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de mesure de champs magnétiques continu ou basses fréquences comportant :
- un capteur (4) de champs magnétiques, - un dispositif (26) pour décaler le spectre du champ magnétique à mesurer vers des fréquences plus élevées, ce dispositif comportant :
' ~ - un élément en matériau magnétique (28) dont la perméabilité est susceptible de varier entre au moins deux valeurs différentes en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, et - une source (42, 44) de champs magnétiques indépendante du champ magnétique à mesurer, caractérisé :
- en ce que ladite source (42, 44) est apte à créer un champ magnétique haute fréquence destiné à être modulé en amplitude, ce champ magnétique haute fréquence se combinant avec le champ magnétique à mesurer pour créer un champ magnétique résultant fonction à la fois du champ magnétique à mesurer et du champ magnétique haute fréquence,
- en ce que l'élément en matériau magnétique (28) est placé dans le champ magnétique résultant, et - en ce que le capteur de champs magnétiques (4) est associé à l'élément en matériau magnétique (28) de manière à mesurer un champ magnétique fonction du champ magnétique créé à l'intérieur de cet élément par le champ magnétique résultant.
2. Système selon la revendication 1 , caractérisé en ce que la courbe représentant la valeur de la perméabilité de l'élément en matériau magnétique (28) en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, présente au moins deux plateaux (36, 38, 40) de valeur de perméabilité sensiblement constante reliés entre eux par une pente correspondant à une amplitude de cassure du champ magnétique, et en ce que la source (42, 44) est également apte à créer un champ magnétique supplémentaire qui se combine au champ magnétique à mesurer de manière à rapprocher l'amplitude de la composante continue ou basse fréquence du champ magnétique résultant, de l'amplitude de cassure.
3. Système selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif (48) d'asservissement de l'amplitude du champ magnétique supplémentaire pour maintenir la composante continue ou basse fréquence du champ magnétique résultant égale à l'amplitude de cassure à mesurer à une erreur (ε) près, l'erreur (ε) étant proportionnelle aux. variations du champ magnétique à mesurer.
4. Système selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'amplitude du champ magnétique haute fréquence est sensiblement égale à l'amplitude de cassure.
5. Système selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit élément en matériau magnétique (28) a une forme d'antenne pour accroître la densité du flux magnétique du champ magnétique à mesurer reçu par le capteur de champs magnétiques (4).
6. Système selon la revendication 5, caractérisé en ce que ledit élément en matériau magnétique (28) se présente sous la forme d'au moins une barre cylindrique formant ladite antenne.
7. Système selon la revendication 6, caractérisé en ce que la source de champs magnétiques comporte un bobinage (42) s'étendant autour de ladite au moins une barre cylindrique (28).
8. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur de champs magnétiques (4) présente une fréquence de recouvrement en dessous de laquelle la sensibilité du capteur décroît, et en ce que ladite fréquence du champ magnétique haute fréquence est au moins égale à deux fois cette fréquence de recouvrement.
9. Système selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément en matériau magnétique (28) est en matériau ferromagnétique doux.
10. Système de modulation en amplitude d'un champ magnétique haute fréquence par un champ magnétique continu ou basse fréquence, caractérisé en ce qu'il comporte :
- une source (42, 44) apte à créer le champ magnétique haute fréquence destiné à être modulé en amplitude, ce champ magnétique haute fréquence se combinant avec le champ magnétique continu ou basse fréquence pour créer un champ magnétique résultant fonction à la fois du champ magnétique continu ou basse fréquence et du champ magnétique haute fréquence, - un élément en matériau magnétique (28) placé dans le champ magnétique résultant, la perméabilité de ce matériau magnétique étant susceptible de varier entre au moins deux valeurs différentes en fonction de l'amplitude du champ magnétique dans lequel il est placé, et
- un capteur de champs magnétiques (4) associé à l'élément en matériau magnétique de manière à mesurer le champ magnétique créé à l'intérieur de cet élément par le champ magnétique résultant, le champ magnétique mesuré correspondant au champ magnétique haute fréquence modulé en amplitude en fonction du champ magnétique continu ou basse fréquence.
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Inventor name: QUASIMI, AHMED C/O MONSIEUR BOUDADEN

Inventor name: DOLABDJIAN, CHRISTOPHE

Inventor name: BLOYET, DANIEL

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