Capteurs de vitesse

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Plusieurs technologies sont proposées pour nos capteurs de vitesse :

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Les capteurs de vitesse sont des composants indispensables pour assurer le fonctionnement de systèmes embarqués : ils permettent de mesurer la vitesse de rotation magnétique afin de fournir une tension qui correspond à la vitesse de rotation.

Ils sont très utilisés dans le secteur aéronautique, automobile et la mécanique de précision. L’utilisation des capteurs de vitesse est en effet nécessaire pour le contrôle de la vitesse d’un moteur qu’il soit électrique ou thermique.

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Quels sont les différentes technologies possibles pour un capteur de vitesse ?

Il existe différents types de capteurs de vitesse : les capteurs de vitesse inductifs qui sont monopolaires ou bipolaires et les capteurs de vitesse actifs qui sont magnéto-résistifs et à effet Hall.

Un capteur est dit passif lorsqu’aucune alimentation n’est nécessaire pour son fonctionnement , tandis qu’un capteur actif nécessite une alimentation pour obtenir le signal.

• Les capteurs actifs magnéto-résistifs sont composés d’une partie électronique intégrée et d’un élément magnétorésistif. Ils sont donc sensibles au passage d’un aimant devant le capteur.
• Les capteurs actifs à effet hall sont composés d’une partie électronique intégrée et d’un élément de hall. Ils sont sensibles au passage d’un élément ferreux devant le capteur comme une roue dentée.

CAPTEURS de vitesse À RELUCTANCE VARIABLE

Les capteurs à réluctance variable sont utilisés pour mesurer la position et la vitesse des composants métalliques en mouvement. Ce capteur se compose d’un aimant permanent, d’une pièce polaire ferromagnétique, d’une bobine de captage et d’une roue dentée rotative.

Lorsque la roue tourne, la réticence du chemin de flux à travers la bobine change et la liaison de flux à travers la bobine sont modifiés, ce qui entraîne un changement de tension qui est mesuré par un circuit externe. Le trajet du flux généré par l’aimant permanent varie au fur et à mesure que la bague dentée tourne dans le champ du capteur VR (Variable Reluctance).

La liaison de flux varie périodiquement lorsque les dents passent devant le capteur. La variation de liaison de flux se convertit en un signal de tension. Par exemple, la vitesse de rotation de la bague de 600 tr / min avec 36 dents autour de la bague se traduit par une période de 2,8 ms pour le signal de sortie du capteur.

L’inconvénient majeur des capteurs à réluctance variable est la diminution de l’intensité du signal lorsque la rotation de la roue ralentit et s’approche d’une vitesse nulle.

CAPTEURs de vitesse INDUCTIF

Le capteur inductif est un appareil assez simple au niveau fondamental. C’est une bobine de fil avec un courant qui la traverse. Il ignore complètement la plupart des objets qui passent près de cette bobine. Cependant, lorsqu’un objet métallique passe à proximité, il agit comme un matériau de noyau dans la boucle inductive ce qui augmente son inductance de manière significative. La plupart des objets non métalliques ont un effet négligeable sur son inductance. La partie complexe du capteur est le circuit de détection qui détecte ce changement d’inductance en surveillant le courant électrique dans la boucle. Lorsque l’inductance change suffisamment, elle déclenche la sortie du capteur, qui envoie un signal au système d’acquisition.

CAPTEURs à EFFET HALL

L’effet Hall fait référence à la différence de potentiel (tension Hall) sur les côtés opposés d’une mince feuille de matériau conducteur ou semi-conducteur sous la forme d’une “ barre Hall ” (ou d’un élément de van der Pauw) à travers laquelle un courant électrique circule, créé par un champ magnétique appliqué perpendiculairement à l’élément Hall. Edwin Hall a découvert cet effet en 1879.

Le rapport de la tension créée par rapport à la quantité de courant est connu sous le nom de coefficient de Hall et est une caractéristique du matériau dont l’élément est composé.

Les dispositifs à effet Hall sont des capteurs numériques construits avec un matériau semi-conducteur utilisé pour détecter la présence de champs magnétiques. Dans les servomoteurs sans balais, ils sont utilisés comme rétroaction de position lorsque la commutation en six étapes est utilisée.

CAPTEURs MAGNETORESISTIFs

Un capteur magnétorésistif (MR) comprenant une structure en couches formée sur un substrat est composé d’une première et une seconde couche de film mince de matériau magnétique séparées par une couche de film mince de matériau métallique non magnétique tel que Cu, Au ou Ag, avec au moins une des couches de matériau ferromagnétique formée soit de cobalt, soit d’un alliage de cobalt. La direction de magnétisation de la première couche ferromagnétique, à champ appliqué nul, est fixée perpendiculairement à la direction de magnétisation de la seconde couche ferromagnétique. Un flux de courant est produit à travers le capteur et les variations de tension aux bornes du capteur MR sont détectées en raison des changements de résistance produits par la rotation de la magnétisation dans la couche avant de matériau ferromagnétique en fonction du champ magnétique détecté.

MAGNETORESISTANCE ANISOTROPE OU AMR

Le capteur AMR fonctionne comme un capteur à «champ fort»; la magnétisation du capteur suit le champ magnétique plus fort de la roue dentée. Etant donné que les signaux du capteur ne dépendent que de l’angle résultant entre la direction du champ magnétique et le courant, la quantité de magnétisation n’est pas critique. Le principe du champ fort produit également un signal largement indépendant des tolérances mécaniques.

Pour créer une relation de phase fixe à 90 degrés entre les canaux A et B, le capteur AMR comprend deux ensembles de quatre bandes métalliques ferromagnétiques. Un pont de Wheatstone se décale d’un quart du pas de pôle de la roue dentée. Chaque pôle magnétique, par conséquent, donne un signal sinusoïdal complet et pratiquement sans harmonique qui convient à la multiplication des signaux par interpolation. Le signal d’index est produit numériquement, déclenché par le signal d’un capteur AMR supplémentaire dans le pôle d’index du disque magnétique.

EFFET DE MAGNETORESISTANCE GÉANTE (GMR)

La diffusion d’électrons à l’interface aimant / non-aimant dans une structure en couches magnétiques dépend du fait que le spin de l’électron est parallèle ou antiparallèle au moment magnétique de la couche. On observe que la résistance de la structure est beaucoup plus élevée lorsque les moments magnétiques des couches magnétiques adjacentes sont alignés antiparallèlement. Le passage de la configuration antiparallèle à la configuration parallèle peut être réalisé par un champ magnétique appliqué. L’effet est appelé magnétorésistance géante (GMR).

Le commutateur GMR intègre des éléments de capteur GMR avec une électronique de traitement de signal numérique intégrée. Le commutateur GMR offre une précision et une flexibilité inégalées pour la détection de champ magnétique. Le commutateur GMR détecte avec précision et fiabilité les champs magnétiques avec moins d’erreur que tout autre capteur magnétique. Il y a peu de changement dans le point de fonctionnement du champ magnétique du commutateur GMR sur les valuers extrêmes de tension et de température. Cela permet des ensembles de détection magnétique de haute précision et à tolérance serrée.

Le commutateur GMR peut fonctionner sur une large gamme de champs magnétiques et est le capteur magnétique le plus précis du marché. C’est le choix évident pour un capteur magnétique à sortie numérique.

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