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Sondes à courants de Foucault

Les capteurs à courants de Foucault appartiennent à la catégorie des capteurs de déplacement sans contact. La présence de fluides non conducteurs tels que l'huile, l'eau ou le liquide de refroidissement n'affecte pas la mesure. De ce fait, il  pourra être efficace même pour des applications en environnement industriel rude.

De plus, les capteurs à courants de Foucault sont parfaitement adaptés à l'observation d'événements dynamiques. La série TX se distinguent par une excellente plage dynamique >100 kSa/s et des résolutions inférieures au micron. Ces capteurs conviennent ainsi à l'analyse générale des mouvements et aux applications automobiles. 

En plus de sa robustesse, de sa haute dynamique et de sa haute résolution, la série TX se distingue également par une large plage de température, allant de -60°C à 180°C.

Ils sont donc parfaitement adaptés pour des mesures sur moteurs à combustion.

Capteur à courants de Foucault pour plages de mesure jusqu'à 10 mm, série T

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Principe de fonctionnement

L'élément de détection du capteur à courants de Foucault est la bobine du circuit oscillant. Le champ électromagnétique de détection est émis par la sonde. Le champ électromagnétique induit des courants de Foucault à la surface d'objets conducteurs (c'est-à-dire d'objets métalliques). Ces courants de Foucault atténuent l'amplitude du circuit oscillant. Cet effet d'atténuation est inversement proportionnel à la distance entre l'objet et le capteur. Le système TX commande le circuit oscillant et interprète l'atténuation comme une position.

Principe des courants de Foucault

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Capteurs et comportement en température

Le capteur à courants de Foucault doit résister aux conditions les plus difficiles. Ils sont utilisés à haute température et à haute pression, dans l'huile ou liquide de refroidissement et  en présence de champs électromagnétiques élevés. En particulier, l'utilisation à des températures élevées présente d'énormes défis pour les matériaux et la technologie de traitement. Comme par exemple - chaque capteur à courants de Foucault doit subir un traitement thermique de 12 heures avant le calibrage final. Les capteurs sont prévus pour fonctionner entre -60°C et 180°C. Dans cette plage de températures, les coefficients de température typiques sont de ± 0,05 % de MR/K.
Par exemple,  entre 20°C et 120 °C pour les composants lubrifiés à l'huile du moteur - le coefficient de température est de ± 0,03 % de MR/K.

Coefficient de température en fonction de la position et de la température

Pour les applications extrêmes comme l'observation d'un frein à disque, nous fournissons également des capteurs avec système de refroidissement à eau intégré.

Tous les capteurs répondent à l'indice de protection IP68. Dans les applications à haute pression et en milieux agressifs, nous fournissons également des capteurs sur mesure avec des composants céramiques et d'autres caractéristiques de protection. Nous fournissons des capteurs sur mesure en petites quantités.

Les capteurs ultra compacts de la série CM d'Eddylab sont excellents pour une utilisation dans des environnements industriels difficiles sous des conditions de pression et de température élevées. Le boîtier en céramique peut être utilisé comme composant sous pression, aucun boîtier supplémentaire n'est nécessaire. Tous les capteurs CM sont blindés. La combinaison d'une bobine blindée et d'un boîtier en céramique garantit une utilisation universelle dans un espace limité. La mesure de l'intervalle de lubrification des vilebrequins est une application typique de la série CM.

Capteurs céramiques ultra compacts, série CM

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X-Driver et interfaces

TX DRIVER

Le TX-Driver à économie d'énergie est la pièce fondamentale de la mesure par courants de Foucault. Le système 16 bits pilote le circuit oscillant, traite la position. La tension d'alimentation est de 11...36 VDC (11...27 VDC  en option version Réf.). Le coefficient de température du TX-Driver est de -0,025 % de MR/K, la température maximale de fonctionnement est de 50°C. La puissance absorbée est de 4W. La fréquence des fronts d'un filtre passe-bas numérique peut être ajustée en fonction de la mesure réelle. La fréquence d'échantillonnage est de 70 kSa/s dans la version à deux canaux et de 124 kSa/s dans la version à mono canal. Avec 124 kSa/s, il est possible d'observer des mouvements dans la gamme des ultrasons. Les fréquences d'échantillonnage maximales (70 kSa/s et 124 kSa/s) sont disponibles pour les interfaces analogiques 0...10 V et 4...20 mA.

Pour une 'interface numérique supplémentaire, nous fournissons le CAN-Bus. Cette interface est particulièrement utile pour les applications avec plusieurs TX-Drivers communiquant avec un seul câble. Par conséquent, le taux d'échantillonnage réalisable dépend du nombre d'appareils sur le bus. L'utilisation d'un seul câble pour tous les appareils au lieu d'une entrée analogique pour chaque capteur réduit considérablement les coûts. Cela fait du CAN-Bus une option économique par rapport aux interfaces analogiques, en particulier dans les applications à dynamique limitée. 

En option, nous fournissons le TX-Driver avec une entrée de référence. Cette entrée de référence (incréments A/B) peut être interfacée à une jauge numérique (série DK Magnescale) ou à un codeur rotatif. Une fois interfacée, la jauge numérique peut être utilisée comme système de référence. La nécessité d'un système de référence, compact et très précis, est liée au comportement de précision des capteurs à courants de Foucault en fonction du matériau. Avec une jauge numérique, l'utilisateur final peut soit prouver la précision d'un capteur à courants de Foucault, soit linéariser le capteur. 

Il est également possible de connecter un codeur rotatif au lieu d'une jauge numérique. Cette extension est particulièrement utile pour l'observation des systèmes rotatifs. Le capteur rotatif - couplé à un arbre - renvoie l'angle ou la vitesse de rotation de l'arbre correspondant. Le TX-Driver synchronise le signal des capteurs à courants de Foucault avec le capteur rotatif. 

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AX-Driver

Electronique analogique étanche à l'eau et à la pression, série AX

L'AX-driver d'Eddylab est une électronique analogique étanche à la pression et à l'eau pour capteurs à courants de Foucault. Une procédure de moulage par injection spécifique permet  une utilisation immergée résistant à la pression de l'ensemble du système.

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eddylab

Eddylab est un outil d'analyse et de configuration utilisées avec le TX-Driver. La communication est basée sur l'USB. Le domaine d'application visé est la visualisation et la documentation des mouvements mécaniques et la linéarisation sur site des capteurs à courants de Foucault.

Eddylab comme outil d'analyse

Eddylab est un outil d'analyse universel pour le flux de données USB du TX-Driver. Les exigences en matière d'analyse de signaux peuvent être de nature diverse - eddylab est donc structuré en plusieurs modules. Les différents modules peuvent être utilisés pour surveiller les mouvements rapides et lents. Les données mesurées peuvent être affichées dans le domaine temporel et dans le domaine fréquentiel. Les taux d'échantillonnage sous-jacents sont de 22,5 kSa/s dans la version à deux canaux et de 38 kSa/s dans la version à un canal.

L'oscilloscope est  l'outil idéal pour l'analyse d'événements dynamiques. La manipulation de ce module est assez simple pour tous ceux qui ont une expérience de base dans l’utilisation d’ oscilloscopes. La plage de fonctionnement d'un oscilloscope est idéale pour l'observation des mouvements des courants de Foucault. Eddylab remplace la tension (oscilloscope classique) par la position du TX-Driver. Il est en principe possible de visualiser les mouvements périodiques et non périodiques. Dans le mode trigger, l'acquisition des données est basée sur les événements. Un exemple typique de ce mode est le stockage du signal avant et après le dépassement d'une valeur seuil dans une fenêtre temporelle définie. La figure ci-dessous montre l'acquisition de données d'un diapason lors de son déclenchement. Une autre fonction utile est le couplage CA. Cette fonction affiche la variation de la position au lieu de la position absolue (la valeur de la position oscille autour de zéro). Cette fonction est particulièrement utile pour la visualisation de vibrations de faible amplitude. Les données mesurées (fréquence, amplitude valeurs max et min) peuvent être exportées sous forme d'image ou de fichier texte.

Déclenchement d'un diapason

Le spectre (FFT) offre une vue d'ensemble de toutes les composantes de fréquence à l'intérieur du signal fourni par le TX-Driver. Ceci permet de visualiser les oscillations fondamentales et harmoniques. La version mono canal offre une gamme de fréquences allant jusqu'à 19 kHz. Ceci couvre la portée acoustique. La figure ci-dessous représente le spectre d'un diapason. En plus de la visualisation - les composantes de fréquence sont analysées au-dessus d'un seuil défini. La figure montre clairement l'oscillation fondamentale avec 49 µm et une deuxième et troisième harmonique avec 250 nm et 100 nm. Comme pour l'oscilloscope, le spectre peut être exporté sous forme d'image ou de fichier texte.

Spectre d'un diapason

La cascade et son régime de rotation sont des TNI tridimensionnels. La cascade est une FFT classique agrandie avec un axe de temps. Le tracé en 3D fournit une nouvelle vue de votre spectre tel qu'il peut être observé dans le temps. Le troisième axe met l'accent sur les petits pics. Ces petits pics peuvent facilement être manqués en 2D, en particulier lorsque ces petits pics émergent et disparaissent avec le temps. La figure ci-dessous illustre clairement cet effet. La cascade montre le spectre d'un diapason 28sec après son déclenchement. Le graphique montre évidemment que les oscillations à 881 Hz et 1320 Hz disparaissent et réapparaissent avec le temps. 

Cascade d'un diapason

La cascade à base de tours/minute est une FFT élargie avec l'axe des tours/minute d'un arbre rotatif. La condition de base pour cette fonction est l’utilisation un codeur incrémental rotatif monté sur l'arbre. Le système TX synchronise le signal incrémental avec la position de Foucault. La corrélation de la vitesse de rotation et de la FFT permet d'obtenir un tracé tridimensionnel caractéristique. Le tracé peut caractériser l'état d'un système rotatif en fonction des charges, de la pression d'huile, de l'usure… Cela permet de comparer le même système à des moments différents et dans des conditions différentes. La figure ci-dessus représente la cascade basée sur le régime d'un tube dont la fréquence de résonance est de 6000 tr/min. L'amplitude atteint son maximum le long des trajets ascendant et descendant de la vitesse de rotation.

Chute d'eau à base de tours/minute d'un tube rotatif hypercritique.

Les fréquences et amplitudes dans le temps et la cascade en tr/min peuvent être analysées à l'intérieur du plan d'analyse. Ce plan peut être déplacé le long de l'axe des temps et des tours/minute.

Eddylab comme utilitaire de linéarisation

La linéarisation est l'une des principales caractéristiques du TX-Driver. La précision des capteurs à courants de Foucault dépend fortement du matériau qu'ils examinent. L'erreur d'échelle maximale pour un matériau cible peut varié de 20 % ou plus. L'erreur de linéarité peut être de 7% ou plus.
Une autre source d'erreur importante affectant la précision est la pré-atténuation. Cet effet doit être pris en compte lorsque le capteur est monté dans des espaces et des trous étroits. La raison de cette erreur est donnée par la forme du champ électromagnétique de détection. L'idée de base du capteur est de mesurer dans une dimension avec un champ électromagnétique. Si la forme du champ "entre en collision" avec un objet autre que la cible, le résultat de mesure sera incorrect. Cet effet est appelé pré-atténuation. Les vis et les écrous sont des objets " non pertinents ". L'erreur due à la pré-atténuation est difficile à prévoir. La figure ci-dessous illustre le comportement d'erreur typique des systèmes à courants de Foucault (ligne pointillée rouge).

Illustration d'erreurs typiques sur les systèmes à courants de Foucault.

Le TX-Driver, en collaboration avec eddylab, résout ces problèmes grâce à une procédure de linéarisation intégrée. Cette méthode utilise un codeur linéaire sur le TX-Driver comme signal de référence. La référence peut être utilisée soit pour prouver la précision du capteur, soit pour linéariser le capteur. La linéarisation est basée sur un nombre de positions défini par l'utilisateur (maximum 50). Le TX-Driver peut stocker quatre courbes définies par l'utilisateur. L'interface de référence contient également une alimentation électrique.
Dans l'ensemble, le TX-Driver est capable de calibrer  ses propres capteurs sur site. Le bénéfice pour le client est évident : d'une part, il est possible d'utiliser un capteur à courants de Foucault pour différents matériaux sans retour à l’usine. D'autre part, il est possible de prouver la précision du capteur sur site avec une précision maximale. Le système de référence (Série DK Magnescale) que nous fournissons a une résolution de 100 nm et une précision de 0,5 µm sur 10 mm. Le diamètre de serrage est de 8 mm. 

Notre platine linéaire compacte d'un poids total de 1,1 kg fait de la linéarisation sur site une tâche facile pour tous. Le système de référence enregistre la distance avec une résolution de 100 nm. Le capteur à courants de Foucault et le capteur de référence sont alignés avec précision l'un par rapport à l'autre. 

Etage linéaire portable avec une platine linéaire

codeur (Magnescale) - capteur à courants de Foucault et 

une cible aux dimensions 50x50 mmt

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