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Patent 2429164 Summary

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Claims and Abstract availability

Any discrepancies in the text and image of the Claims and Abstract are due to differing posting times. Text of the Claims and Abstract are posted:

  • At the time the application is open to public inspection;
  • At the time of issue of the patent (grant).
(12) Patent: (11) CA 2429164
(54) English Title: NON-CONTACT MEASURING METHOD AND APPARATUS FOR PRODUCING A SIGNAL REPRESENTATIVE OF A DISTANCE BETWEEN FACING SURFACES
(54) French Title: METHODE DE MESURE SANS CONTACT ET APPAREIL SERVANT A PRODUIRE UN SIGNA L REPRESENTATIF D'UNE DISTANCE SEPARANT DES SURFACES OPPOSEES
Status: Expired
Bibliographic Data
(51) International Patent Classification (IPC):
  • G01B 7/14 (2006.01)
  • G01B 7/02 (2006.01)
  • G01D 5/241 (2006.01)
(72) Inventors :
  • MISSOUT, GILLES (Canada)
  • LALONDE, FRANCOIS (Canada)
  • BOURGEOIS, JEAN-MARC (Canada)
(73) Owners :
  • HYDRO-QUEBEC (Canada)
(71) Applicants :
  • HYDRO-QUEBEC (Canada)
(74) Agent: ROBIC
(74) Associate agent:
(45) Issued: 2007-01-09
(86) PCT Filing Date: 2001-11-07
(87) Open to Public Inspection: 2002-05-23
Examination requested: 2003-05-15
Availability of licence: N/A
(25) Language of filing: French

Patent Cooperation Treaty (PCT): Yes
(86) PCT Filing Number: PCT/CA2001/001571
(87) International Publication Number: WO2002/040935
(85) National Entry: 2003-05-15

(30) Application Priority Data:
Application No. Country/Territory Date
09/713,005 United States of America 2000-11-16

Abstracts

English Abstract

A non-contact measuring method and apparatus for producing a signal (34) representative of a distance (e) between facing surfaces of a first (3) and second parts (5), which are closely spaced apart such as the rotor and stator of an electric rotating machine. The method resides in positioning a sensor (7) on the surface of the first part (3). The sensor (7) includes first (9) and second (11) parallel, superimposed conductive plates electrically insulated from one another. The second plate (11) is located in between the first plate (9) and the surface of the first part (3). The first plate (9) is fed with a high frequency signal through a resistance (19). A high impedance, low input capacity, unitary gain voltage amplifier (27) is fed with the high frequency signal through the resistance (19). The second plate (11) is fed with an output signal (31) of the amplifier (27). The output signal (31) of the amplifier (27) is directly proportional to the distance (e) between the two surfaces (3, 5). The sensor (7) acts as a capacitance in a low pass RC-filtercircuit where R is the resistance (19). The sensor (7) may be adapted to determine discharges in the stator when mounted the roter.


French Abstract



Un appareil et une méthode de mesure sans contact servant à produire un signal
représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et
deuxième parties, qui sont étroitement espacées telles le rotor et le stator
d'une
machine électrique rotative. La méthode réside dans le positionnement d'un
capteur sur la surface de la première partie. Le capteur inclut une première
et
deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices qui sont
électriquement
isolées l'une de l'autre. La deuxième plaque est située entre la première
plaque et
la surface de la première partie. La première plaque est alimentée par un
signal de
haute fréquence à travers une résistance. Un amplificateur de voltage à gain
unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée est alimenté avec le
signal de haute fréquence à travers la résistance. La deuxième plaque est
alimentée avec un signal de sortie de l'amplificateur. Le signal de sortie de
l'amplificateur est directement proportionnel à la distance séparant les deux
surfaces.

Claims

Note: Claims are shown in the official language in which they were submitted.





15

REVENDICATIONS:

1. Une méthode de mesure sans contact servant à produire un signal
représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et
deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise
à
la terre, la méthode comprenant les étapes de:
(a) positionner un capteur sur la surface de la première partie, le capteur
incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et
conductrices, qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles
à la
surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la
deuxième
plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première
partie;
(b) alimenter la première plaque du capteur avec un signal de haute
fréquence à travers une résistance;
(c) alimenter une entrée d'un amplificateur de voltage à gain unitaire de
basse capacité d'entrée et de haute impédance avec le signal de haute
fréquence
à travers de la résistance; et
(d) alimenter la deuxième plaque avec un signal de sortie de
l'amplificateur, le signal de sortie de l'amplificateur étant représentatif de
la
distance séparant les deux surfaces.
2. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1, dans
laquelle l'étape (b) est caractérisée en ce que la première plaque du capteur
est
alimentée à travers un conducteur intérieur d'un câble coaxial; et l'étape (d)
est
caractérisée en ce que la deuxième plaque est alimentée à travers un
conducteur
externe du câble coaxial.
3. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1,
comprenant en outre une étape d'alimenter un circuit démodulateur avec le
signal
de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du circuit démodulateur
étant un
signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.




16

4. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1,
comprenant en outre une étape d'alimenter un détecteur synchrone avec le
signal
de haute fréquence et le signal de sortie de l'amplificateur, un signal de
sortie du
détecteur synchrone étant un signal de voltage CC représentatif de la distance
séparant les deux surfaces.
5. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 3, dans
laquelle les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que la résistance est
une
résistance variable commandée électriquement, la méthode comprenant en outre
les étapes de:
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit
démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée haut/bas d'un compteur avec un signal de sortie du
comparateur;
alimenter une entrée d'horloge du compteur avec le signal de haute
fréquence; et
alimenter une entrée de commande numérique de la résistance variable
commandée électriquement avec un signal de sortie numérique du compteur, le
signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les
deux
surfaces.
6. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 3, dans
laquelle les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que le signal de haute
fréquence est généré par un générateur à fréquence contrôlée, la méthode
comprenant en outre tes étapes de:
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit
démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;




17

alimenter une entrée d'un contrôleur de fréquence avec un signal de sortie
du comparateur; et
alimenter une entrée de commande numérique du générateur de fréquence
contrôlée avec un signal de sortie numérique du contrôleur de fréquence, le
signal
de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux
surfaces.

7. La méthode de mesure sans contact selon 1a revendication 1, dans
laquelle la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un
stator
d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de
garde,
la méthode comprenant en outre les étapes de:
alimenter une entrée d'un filtre passe-haut avec le signal de sortie de
l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et
alimenter une entrée d'un amplificateur et détecteur avec un signal de sortie
du filtre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signal de
voltage
CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du
stator.

8. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 7,
comprenant en outre l'étape de mémoriser le signal de voltage CC de
l'amplificateur et détecteur lorsque le rotor est en rotation par rapport au
stator
pour identifier des amplitudes et des emplacements des décharges ayant lieu
autour du stator.

9. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 1, dans
laquelle la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un
stator
d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de
garde,
la méthode comprenant en outre l'étape de mémoriser le signal de sortie de
l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator
pour
identifier des amplitudes et des emplacements d'entrefers autour du stator.

10. La méthode de mesure sans contact selon la revendication 9,
caractérisée en ce que:




18

le signal de haute fréquence utilisé aux étapes (b) et (c) a une fréquence
comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et
la résistance utilisée dans les étapes (b) et (c) est substantiellement de
500 kOhm.

11. Un appareil de mesure sans contact servant à produire un signal
représentatif d'une distance séparant des surfaces opposées d'une première et
deuxième parties qui sont étroitement espacées, la deuxième partie étant mise
à
la terre, comprenant:
un capteur adapté pour être monté sur la surface de la première partie, le
capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et
conductrices qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à
la
surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la
deuxième
plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première
partie;
un générateur de signal de haute fréquence ayant une sortie pour générer
un signal de haute fréquence;
une résistance connectée en série avec la sortie du générateur de signal de
haute fréquence; et
un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse
capacité d'entrée ayant une entrée connectée à la résistance et à la première
plaque du capteur, et une sortie connectée à la deuxième plaque du capteur, la
sortie de l'amplificateur fournissant un signal de sortie représentatif de la
distance
séparant les deux surfaces.

12. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11, caractérisé
en ce que celui-ci comprend en outre un câble coaxial, une entrée de
l'amplificateur étant connectée à la première plaque du capteur à travers un
conducteur intérieur du câble coaxial, la sortie de l'amplificateur étant
connectée à
la deuxième plaque à travers un conducteur externe du câble coaxial.




19


13. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11,
comprenant en outre un circuit démodulateur ayant une entrée connectée à la
sortie de l'amplificateur, une sortie du circuit démodulateur fournissant un
signal
de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.

14. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11,
comprenant en outre un détecteur synchrone ayant une paire d'entrées
connectées respectivement à la sortie du générateur de signal de haute
fréquence
et à la sortie de l'amplificateur, une sortie du détecteur synchrone
fournissant un
signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.

15. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 13, dans
lequel la résistance est une résistance variable commandée électriquement,
l'appareil comprenant en outre:
un comparateur ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit
démodulateur, et une deuxième entrée connectée à un générateur de signal de
référence;
un compteur ayant une entrée haut/bas connectée à une sortie du
comparateur, le compteur ayant une entrée d'horloge connectée au générateur de
signal de haute fréquence, la résistance variable commandée électriquement
ayant une entrée de commande numérique connectée à une sortie numérique du
compteur, la sortie numérique fournissant un signal de sortie représentatif de
la
distance séparant les deux surfaces.

16. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 13, dans
lequel le générateur de signal de haute fréquence est un générateur de
fréquence
contrôlée, l'appareil comprenant en outre:
un comparateur ayant une première entrée connectée à la sortie du circuit
démodulateur, et une deuxième entrée connectée à un générateur de signal de
référence; et



20


un contrôleur de fréquence ayant une entrée connectée à une sortie du
comparateur, le générateur de fréquence contrôlée ayant une entrée de
commande numérique connectée à une sortie numérique du contrôleur de
fréquence, la sortie numérique du contrôleur de fréquence fournissant un
signal de
sortie représentatif de la distance séparant les deux surfaces.

17. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 11, dans
lequel la première et deuxième parties sont respectivement un rotor et un
stator
d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un anneau de
garde,
l'appareil comprenant en outre:
un filtre passe-haut ayant une entrée connectée à la sortie de l'amplificateur
pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et
un amplificateur et détecteur ayant une entrée connectée à une sortie du
filtre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signai de
voltage CC
représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du stator.

18. L'appareil de mesure sans contact selon la revendication 17, dans
lequel:
le signal de haute fréquence a une fréquence comprise entre 100 kHz et
500 kHz; et
la résistance est d'environ 500 kOhm.


Description

Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.



CA 02429164 2003-05-15
1
MÉTHODE DE MESURE SANS CONTACT ET APPAREIL SERVANT Ä
PRODUIRE UN SIGNAL REPRÉSENTATIF D'UNE DISTANCE SÉPARANT
DES SURFACES OPPOSÉES
CHAMP DE L'INVENTION
La présente invention concerne une méthode de mesure sans contact et un
appareil servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant
des
surfaces opposées, particulièrement l'entrefer entre un rotor et un stator
d'une
machine électrique rotative.
CONTEXTE DE L'INVENTION
Connu de l'art, il existe le brevet américain n° 4,675,670 (LALONDE et
al.), qui
décrit un appareil et une méthode servant à mesurer l'entrefer d'une machine
électrique rotative. Selon LALONDE et al., un capteur est préférablement
positionné sur le stator de la machine électrique rotative. Un signal de haute
fréquence alimente le capteur, et un détecteur de courant mesure un signal de
courant qui est inversement proportionnel à la distance séparant le rotor et
le
stator. Un inconvénient de cette conception est la nécessité de fournir des
moyens
de traitement afin de linéariser le signal de courant. Comme les personnes
versées dans le domaine le comprendront, un tel procédé de linéarisation est
indésirable parce qu'il diminue la précision des mesures. Un autre
inconvénient de
cette conception est qu'un transformateur doit être utilisé dans le détecteur
de
courant et celui-ci consomme une quantité considérable d'énergie. Un autre
inconvénient de l'appareil est que sa taille est inadéquate pour l'installer
de
manière permanente sur le rotor. Un autre inconvénient de cet appareil est son
incapacité de choisir facilement la fréquence de fonctionnement. En outre, une
telle conception ne permet pas de mesurer des décharges dans le stator.


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2
Aussi connu de l'art, il existe le HydroScanT"" de MCM ENTERPRISE LTD. Le
HydroScanT"" utilise une série de capteurs qui sont placés tout autour d'une
machine rotative électrique pour mesurer la distance séparant le rotor et le
stator
et pour détecter des décharges partielles locales. La conception du
HydroScanT""
est indésirable, parce qu'elle exige un équipement complexe et coûteux qui
fournit
des lectures qui doivent être analysées par des spécialistes pour déterminer
les
endroits où ont lieu les décharges partielles locales.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un objet de la présente invention est de fournir une méthode de mesure sans
contact et un appareil servant à produire un signal représentatif d'une
distance
séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties, telles que
le
rotor et le stator d'une machine rotative électrique, avec plus de précision,
et avec
un circuit meilleur marché et qui consomme moins que ceux de l'art antérieur.
Selon la présente invention, il est fourni une méthode de mesure sans contact
servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des
surfaces
opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la
deuxième partie étant mise à la terre, la méthode comprenant les étapes de
(a) positionner un capteur sur la surface de la première partie, le capteur
incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et
conductrices, qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles
à la
surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la
deuxième
plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première
partie;
(b) alimenter la première plaque du capteur avec un signal de haute
fréquence à travers une résistance;
(c) alimenter une entrée d'un amplificateur de voltage à gain unitaire de
basse capacité d'entrée et de haute impédance avec le signal de haute
fréquence
à travers de la résistance; et


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3
(d) alimenter la deuxième plaque avec un signal de sortie de
l'amplificateur, le signal de sortie de l'amplificateur étant représentatif de
la
distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, l'étape (b) est caractérisée en ce que la première plaque du
capteur est alimentée à travers un conducteur intérieur d'un câble coaxial; et
l'étape (d) est caractérisée en ce que la deuxième plaque est alimentée à
travers
un conducteur externe du câble coaxial.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre une étape
d'alimenter un circuit démodulateur avec le signal de sortie de
l'amplificateur, un
signal de sortie du circuit démodulateur étant un signal de voltage CC
représentatif
de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre une étape
d'alimenter un détecteur synchrone avec le signal de haute fréquence et le
signal
de sortie de l'amplificateur, un signal de sortie du détecteur synchrone étant
un
signal de voltage CC représentatif de la distance séparant les deux surfaces.
Préférablement, les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que la
résistance est
une résistance variable commandée électriquement, et la méthode comprend en
outre les étapes de
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit
démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée haut/bas d'un compteur avec un signal de sortie du
comparateur;
alimenter une entrée d'horloge du compteur avec le signal de haute
fréquence; et
alimenter une entrée de commande numérique de la résistance variable
commandée électriquement avec un signal de sortie numérique du compteur, le


CA 02429164 2003-05-15
4
signal de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les
deux
surfaces.
Préférablement, les étapes (b) et (c) sont caractérisées en ce que le signal
de
haute fréquence est généré par un générateur à fréquence contrôlée, et la
méthode comprend en outre les étapes de
alimenter une entrée d'un comparateur avec le signal de sortie du circuit
démodulateur;
alimenter une autre entrée du comparateur avec un signal de référence;
alimenter une entrée d'un contrôleur de fréquence avec un signal de sortie
du comparateur; et
alimenter une entrée de commande numérique du générateur de fréquence
contrôlée avec un signal de sortie numérique du contrôleur de fréquence, le
signal
de sortie numérique étant représentatif de la distance séparant les deux
surfaces.
Préférablement, la première et deuxième parties sont respectivement un rotor
et
un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un
anneau
de garde, et la méthode comprend en outre les étapes de
alimenter une entrée d'un filtre passe-haut avec le signal de sortie de
l'amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au stator; et
alimenter une entrée d'un amplificateur et détecteur avec un signal de sortie
du Litre passe-haut, l'amplificateur et détecteur fournissant un signal de
voltage
CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes du
stator.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact comprend en outre l'étape de
mémoriser le signal de voltage CC de l'amplificateur et détecteur lorsque le
rotor
est en rotation par rapport au stator pour identifier des amplitudes et des
emplacements des décharges ayant lieu autour du stator.
Préférablement, la première et deuxième parties sont respectivement un rotor
et
un stator d'une machine électrique rotative, la première plaque inclut un
anneau


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5 de garde, et la méthode comprend en outre l'étape de mémoriser le signal de
sortie de (amplificateur pendant que le rotor est en rotation par rapport au
stator
pour identifier des amplitudes et des emplacements d'entrefers autour du
stator.
Préférablement, la méthode de mesure sans contact est caractérisée en ce que
le signal de haute fréquence utilisé aux étapes (b) et (c) a une fréquence
comprise entre 100 kHz et 500 kHz; et
la résistance utilisée dans les étapes (b) et (c) est substantiellement de
500 kOhm.
Selon la présente invention, il est aussi fourni un appareil de mesure sans
contact
servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des
surfaces
opposées d'une première et deuxième parties qui sont étroitement espacées, la
deuxième partie étant mise à la terre, comprenant
un capteur adapté pour étre monté sur la surface de la première partie, le
capteur incluant une première et deuxième plaques parallèles, surimposées et
conductrices qui sont isolées l'une de l'autre, les plaques étant parallèles à
la
surface de la première partie et électriquement isolées de celle-ci, la
deuxième
plaque étant située entre la première plaque et la surface de la première
partie;
un générateur de signal de haute fréquence ayant une sortie pour générer
un signal de haute fréquence;
une résistance connectée en série avec la sortie du générateur de signal de
haute fréquence; et
un amplificateur de voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse
capacité d'entrée ayant une entrée connectée à la résistance et à la première
plaque du capteur, et une sortie connectée à la deuxième plaque du capteur, la
sortie de l'amplificateur fournissant un signal de sortie représentatif de la
distance
séparant les deux surfaces.


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6
BR~VE DESCRIPTION DES FIGURES
L'invention ainsi que ses nombreux avantages sera mieux comprise par la
suivante description non restrictive de modes de réalisations préférentiels,
en
référence aux dessins ci joints dans lesquels
Fig. 1 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon la
présente
invention;
Fig. 2 est une vue de dessus d'un capteur de l'appareil sans contact montré à
la
Fig. 1;
Fig. 3 est une vue de coupe de côté selon la ligne 4-4 du capteur montré à la
Fig. 2;
Fig. 4 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un
deuxième mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 5 est un diagramme illustrant une sortie de voltage absolu de
l'amplificateur
montré dans la Fig. 4 par rapport à e pour différentes valeurs de fréquence;
Fig. 6 est un diagramme illustrant le gain du système par rapport à une
fréquence
de fonctionnement pour diverses valeurs de e;
Fig. 7 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un autre
mode de réalisation de la présente invention;
Fig. 8 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact, selon un autre
mode de réalisation de la présente invention; et
Fig. 9 est un schéma bloc d'un appareil de mesure sans contact servant à
mesurer
des décharges, selon un autre mode de réalisation de la présente invention.
DESCRIPTION DES RÉALISATIONS PRÉFÉRENTIELLES
En référence aux Figs 1, 2 et 3, on montre un appareil de mesure sans contact
selon la présente invention servant à produire un signal représentatif d'une
distance séparant des surfaces opposées d'une première et deuxième parties 3,
5
qui sont étroitement espacées. Comme illustré, la deuxième partie 5 est mise à
la


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7
terre. La surface de la première partie 3 peut être, par exemple, un pôle d'un
rotor
d'une machine électrique rotative, alors que la surface de la deuxième partie
5
peut être celle d'un alésage d'un stator. Cependant, il devrait être compris
que
l'invention n'est pas nécessairement limitée à mesurer une distance séparant
le
rotor et le stator d'une machine rotative. L'appareil peut aussi être utilisé,
par
exemple, dans des générateurs linéaires. II peut aussi avantageusement
remplacer des capteurs de courant de Foucault actuellement utilisés dans des
applications mécaniques, et dans des domaines tels que l'avionique ou
l'industrie
de papier où les mesures de distance sans contact sont requises.
L'appareil comprend un capteur 7 adapté pour être monté sur la surface de la
première partie 3. Le capteur 7 inclut une première et deuxième plaques
parallèles, surimposées et conductrices 9, 11 qui sont électriquement isolées
l'une
de l'autre. Les plaques 9, 11 sont parallèles à la surface de la première
partie 3 et
électriquement isolées de celle-ci. La deuxième plaque 11 est située entre la
première plaque 9 et la surface de la première partie 3. L'appareil comprend
aussi
un générateur de signal de haute fréquence 17 ayant une sortie pour générer un
signal de haute fréquence, une résistance 19 qui est connectée en série avec
la
sortie du générateur de signal de haute fréquence 17, et un amplificateur de
voltage à gain unitaire de haute impédance et de basse capacité d'entrée 27.
Cet
amplificateur 27 a une entrée connectée à la résistance 19 et à la première
plaque
9 du capteur 7, et une sortie 31 connectée à la deuxième plaque 11 du capteur
7.
La sortie 31 de l'amplificateur 27 fournit un signal de sortie représentatif
de la
distance séparant les deux surfaces 3, 5.
Au moyen de l'appareil décrit ci-dessus, on produit un signal représentatif
d'une
distance séparant les deux surfaces, de manière plus précise, et avec un
circuit
moins coûteux et ayant une consommation inférieure comparativement à ceux de
l'art antérieur.
Les première et deuxième plaques parallèles, surimposées et conductrices 9,
11,
sont électriquement isolées l'une de l'autre au moyen d'un matériau
d'isolation
approprié 13. Le capteur 7 est conçu pour être positionné à même la surface de
la


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première partie 3 de façon à ce que les deux plaques 9, 11 soient parallèles à
cette surface et électriquement isolées de celle-ci. Cette isolation peut être
effectuée grâce au matériau d'isolation 13 qui est déjà utilisé pour isoler
électriquement les plaques 9, 11.
II est à noter que le capteur 7 peut être indifféremment positionné sur le
rotor ou le
stator seulement lorsque la distance séparant l'un de l'autre est à
déterminer.
Cependant, comme cela sera expliqué plus bas, lorsque la distance et les
décharges électriques dans le stator doivent être mesurées, alors le capteur 7
est
positionné sur le rotor.
Le positionnement du capteur à même la surface de la première partie 3 peut
être
effectuée simplement en le collant ou par d'autres moyens appropriés.
t_orsqu'on a
l'intention de monter le capteur 7 sur un générateur électrique afin de
mesurer
l'entrefer de celui-ci, il est avantageux de former des rainures sur la
surface des
plaques conductrices 9, 11 afin de réduire les courants de Foucault le plus
possible.
Afin de réduire autant que possible les voltages parasites, on peut varier la
dimension de la surface des plaques 9, 11 en agrandissant une par rapport à
l'autre, ou en variant la distance qui les sépare, étant entendu que plus la
distance
est petite, plus les voltages parasitiques seront moindres.
En référence à nouveau à la Fig. 1, le circuit démodulateur 33 peut en outre
être
fourni pour traiter le signal de sortie de l'amplificateur 27. Le circuit
démodulateur
33 a une entrée connectée à la sortie 31 de l'amplificateur 27, alors qu'une
sortie
34 du circuit démodulateur 33 fournit un signal de voltage CC qui est
représentatif
de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
Préférablement, des moyens, tels qu'un ordinateur, peuvent être fournis pour
mémoriser le signal de sortie de l'amplificateur 27 lorsque le rotor est en
rotation
par rapport au stator pour identifier les amplitudes et les emplacements des
entrefers autour du stator.


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9
Préférablement, pour réduire encore plus les voltages parasitiques, un anneau
de
garde 29 est inclut dans le capteur 7. L'anneau de garde 29 est connecté à la
deuxième plaque 11 et s'étend tout autour et partiellement au-dessus de la
première plaque 9, tel qu'il est mieux montré aux Figs. 2 et 3.
Le générateur de signal de haute fréquence 17 a une sortie pour générer un
signal
de haute fréquence. Par exemple, le signal de fréquence peut être une courbe
sinusoïdale ou même une courbe carrée. Par exemple, le signal de voltage du
générateur de signal 17 est donné par l'équation suivante
E = Vo cos (2nFt) (1)
où Vo est l'amplitude du signal de voltage, F est la fréquence de
fonctionnement et
t est le temps.
En théorie, le capteur 7 agit comme une capacitance dans une configuration de
circuit filtre passe RC ou R est la résistance 19. La valeur de la capacitance
du
capteur est donnée par l'équation suivante
C = eoS/e (2)
où ea est la constante diélectrique de l'air, S est la surface de la première
plaque 9
du capteur 7, et e est la distance séparant la première plaque 9 de la
deuxième
partie 5, qui est inversement proportionnelle à la capacitance du capteur.
Par ailleurs, le signal de sortie de l'amplificateur 27 correspond
théoriquement au
voltage de la capacitance du capteur, qui est donné par l'équation suivante
VS = Vol (1+ jRC2nF) (3)
Ainsi, si RC2nF est beaucoup plus grand que 1, alors le voltage de capacitance
du
capteur est donné par l'équation suivante
Vs ~ Vo/ jRC2nF (4)
Et en remplaçant C dans l'équation (1 ), celle-ci devient
VS ~ Vo e/ jREoS2nF (5)


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5 En conséquence, le signal de sortie de l'amplificateur 27 est théoriquement
directement proportionnel à la distance linéaire séparant la surface de la
première
plaque 9 du capteur 7 de la surface de la deuxième partie 5 si RC2IIF est
choisi
suffisamment grand.
En pratique, le signal de haute fréquence du générateur de signal 17 peut
avoir
10 une bande de fréquence comprise entre 100 kHz et 500 kHz, tandis que la
résistance 19 peut avoir une valeur d'environ 500 kOhm. Si le signal de
fréquence
est au-dessous de cette bande, la dynamique du signal de voltage de sortie
peut
devehir trop petite pour être facilement mesurable et il devient alors
impossible, à
cause de la largeur de bande de fréquence réduite, de déterminer la distance
e.
Par ailleurs, dans le cas particulier de générateurs, une fréquence trop basse
peut
causer du bruit. Si d'un autre côté, la fréquence est trop haute et se situe
au-dessus de la bande ci-dessus mentionnée, alors il peut survenir un problème
de mesure puisque les amplificateurs qui permettent de traiter les signaux à
haute
fréquence deviennent de plus en plus compliqués. Par ailleurs, une trop haute
fréquence peut créer des problèmes de mise à la terre de l'impédance.
Cependant, selon la présente invention, il est possible pour un opérateur de
sélectionner la fréquence de fonctionnement à l'intérieur de la bande donnée
de
100 kHz à 500 kHz.
Selon la présente invention, il est aussi fourni une méthode de mesure sans
contact servant à produire un signal représentatif d'une distance séparant des
surfaces opposées. La méthode comprend les étapes de (a) positionner le
capteur
7 sur la surface de la première partie 3, (b) alimenter la première plaque 9
du
capteur 7 avec un signal de haute fréquence à travers la résistance 19, (c)
alimenter une entrée de l'amplificateur de voltage à gain unitaire de haute
impédance et de basse capacité d'entrée 27 avec un signal de haute fréquence à
travers la résistance, et (d) alimenter la deuxième plaque 11 avec un signal
de
sortie de l'amplificateur 27. Le signal de sortie de l'amplificateur 27 est
représentatif de la distance séparant les deux surfaces.


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11
En référence à la Fig. 4, préférablement, pour réduire encore plus les
voltages
parasitiques, un câble coaxial 21 est utilisé dans l'appareil. Dans un tel
cas,
l'entrée de l'amplificateur 27 est connectée à la première plaque 9 du capteur
à
travers un conducteur intérieur 23 du câble coaxial 21, alors que la sortie 31
de
l'amplificateur 27 est connectée à la deuxième plaque 11 à travers un
conducteur
externe 25 du câble coaxial 21. Préférablement, un détecteur synchrone 35 est
utilisé comme un circuit démodulateur. Le détecteur synchrone 35 a une paire
d'entrées connectées respectivement à ia sortie du générateur de signai de
haute
fréquence 17 et à la sortie de l'amplificateur 27. En fonction, une sortie 36
du
détecteur synchrone 35 fournit un signal de voltage CC représentatif de la
distance séparant les deux surfaces 3, 5.
II est important de noter que le circuit démodulateur n'a pas besoin d'être un
dëtecteur synchrone 35. En effet, un circuit à diode et filtre ou un
convertisseur
analogue à numérique rapide contrôlé par un microprocesseur peut fonctionner
aussi bien.
En référence à la Fig. 5, les courbes de voltage de sortie sont montrées par
rapport à la distance e séparant le rotor et le stator pour différentes
valeurs de
fréquence. En référence à la Fig. 6, des courbes de gain de système sont
montrées par rapport à la fréquence de fonctionnement pour diverses valeurs de
e. Ainsi, pour une conception particulière, il est alors possible de
déterminer la
courbe de linéarisation du capteur pour déterminer avec précision la valeur de
la
distance à mesurer en fonction de la valeur du signal de voltage de sortie.
En référence à la Fig. 7, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure
sans
contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de
réalisation, une résistance variable commandée électriquement 37 est utilisée
au
lieu de la résistance 19 montrée à la Fig. 1. L'appareil comprend en outre un
comparateur 39 qui a une première entrée connectée à la sortie 34 du circuit
démodulateur 33. Le comparateur 39 a aussi une deuxième entrée 41 recevant un
niveau de signal de référence. L'appareil inclut aussi un compteur 43 ayant
une
entrée haut/bas 44 connectée à une sortie 45 du comparateur 39. Le compteur 43


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a aussi une entrée d'horloge 47 connectée à la sortie du générateur de signal
de
haute fréquence 17.
La résistance variable commandée électroniquement 37 a une entrée de
commande numérique 49 connectée à une sortie numérique 51 du compteur 43.
En fonction, la sortie numérique 51 fournit un signal de sortie qui est
représentatif
de la distance séparant les deux surfaces 3, 5.
En référence à la Fig. 8, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure
sans
contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Selon ce mode de
réalisation, le générateur de signal de haute fréquence 17 montré à la Fig. 1
est
remplacé par un générateur de fréquence contrôlée 53.
Cet appareil comprend un comparateur 39 ayant une première entrée connectée à
une sortie 34 du circuit démodulateur 33, et une deuxième entrée 41 recevant
le
niveau de signal de référence.
L'appareil comprend aussi un contrôleur de fréquence 55 ayant une entrée
connectée à une sortie 45 du comparateur 39. Le générateur de fréquence
contrôlée 53 a une entrée de commande numérique 54 connectée à une sortie
numérique 56 du contrôleur de fréquence 55. En fonction, la sortie numérique
56
du contrôleur de fréquence 55 fournit un signal de sortie représentatif de la
distance séparant les deux surfaces 3, 5.
En référence à la Fig. 9, on montre un schéma bloc d'un appareil de mesure
sans
contact selon un autre mode de réalisation de l'invention. Ce mode de
réalisation
particulièr permet de mesurer la distance et de déterminer les décharges dans
le
stator.
Comme indiqué ci-dessus, dans le cas présent, le capteur 7 est positionné sur
le
rotor. Ainsi, dans cet appareil, les première et deuxième parties sont
respectivement le rotor et le stator d'une machine rotative électrique et la
première
plaque inclut un anneau de garde 29. Cet appareil comprend aussi un filtre
passe-
haut 57 ayant une entrée connectée à la sortie 31 de l'amplificateur 27,
pendant


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que le rotor est en rotation par rapport au stator. Cet appareil comprend
aussi un
amplificateur et détecteur 61 ayant une entrée connectée à une sortie 59 du
filtre
passe-haut 57. En fonction, l'amplificateur et détecteur 61 fournit le signal
de
voltage CC représentatif de décharges ayant lieu entre des éléments internes
du
stator.
En particulier, le capteur 7 mesure des signaux de radiofréquence qui sont
associés avec des décharges partielles dans le stator. La nature de ces
décharges
peut être diverse et peut provenir des barres du stator, des rainures du
stator et du
bobinage du stator. Ces décharges partielles ont un spectre de très haute
fréquence qui est beaucoup plus haut que la fréquence de fonctionnement F du
générateur de signal 17.
Le but du filtre passe-haut 57 est donc d'éliminer les fréquences associées
avec le
générateur de fréquence 17, alors que l'amplificateur et détecteur 61 fournit
l'amplitude de ces signaux de radiofréquence. La fréquence de fonctionnement
du
filtre passe-haut peut varier entre 10 MHz et 250 MHz.
Préférablement, ce mode de réalisation peut comporter en outre des moyens,
tels
un ordinateur, pour mémoriser le signal de voltage CC de l'amplificateur et
détecteur 61 lorsque le rotor est en rotation par rapport au stator pour
identifier les
amplitudes et les emplacements des décharges qui ont lieu autour du stator.
Ce dernier mode de réalisation est avantageux parce que, pour un coût
additionnel minime, l'appareil peut être modifié afin de mesurer en outre des
décharges tout autour du stator.
Seul un capteur 7 a besoin d'être installé dans le rotor, et en fonction,
celui-ci
balaie systématiquement l'ensemble de l'alésage du stator, incluant toutes les
barres du stator, fournissant ainsi des informations plus précises concernant
l'emplacement des décharges que les systèmes antérieurs.
Le présent appareil est moins coûteux à fabriquer que les appareils d'art
antérieur.
II consomme moins d'énergie et moins de câbles sont requis, tout en
fournissant


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une cartographie détaillée de l'état du stator en temps réel. Des conceptions
futures peuvent intégrer l'électronique directement sur le capteur 7.
Bien que des modes de réalisations préférentiels de la présente invention ont
été
décrits en détail ci-dessus et illustrées dans les dessins annexés, il devrait
être
compris que l'invention n'est pas limitée à ces modes de réalisations précis
et que
de nombreux changements et modifications peuvent être effectués à ceux-ci sans
s'éloigner de la portée ou de l'esprit de la présente invention.

Representative Drawing
A single figure which represents the drawing illustrating the invention.
Administrative Status

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Administrative Status

Title Date
Forecasted Issue Date 2007-01-09
(86) PCT Filing Date 2001-11-07
(87) PCT Publication Date 2002-05-23
(85) National Entry 2003-05-15
Examination Requested 2003-05-15
(45) Issued 2007-01-09
Expired 2021-11-08

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There is no abandonment history.

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Request for Examination $400.00 2003-05-15
Registration of a document - section 124 $100.00 2003-05-15
Application Fee $300.00 2003-05-15
Maintenance Fee - Application - New Act 2 2003-11-07 $100.00 2003-10-24
Maintenance Fee - Application - New Act 3 2004-11-08 $100.00 2004-10-22
Maintenance Fee - Application - New Act 4 2005-11-07 $100.00 2005-10-25
Final Fee $300.00 2006-09-29
Maintenance Fee - Application - New Act 5 2006-11-07 $200.00 2006-10-26
Maintenance Fee - Patent - New Act 6 2007-11-07 $200.00 2007-10-26
Maintenance Fee - Patent - New Act 7 2008-11-07 $200.00 2008-10-24
Maintenance Fee - Patent - New Act 8 2009-11-09 $200.00 2009-10-27
Maintenance Fee - Patent - New Act 9 2010-11-08 $200.00 2010-10-25
Maintenance Fee - Patent - New Act 10 2011-11-07 $250.00 2011-10-28
Maintenance Fee - Patent - New Act 11 2012-11-07 $250.00 2012-10-29
Maintenance Fee - Patent - New Act 12 2013-11-07 $250.00 2013-10-24
Maintenance Fee - Patent - New Act 13 2014-11-07 $250.00 2014-10-27
Maintenance Fee - Patent - New Act 14 2015-11-09 $250.00 2015-10-28
Maintenance Fee - Patent - New Act 15 2016-11-07 $450.00 2016-10-20
Maintenance Fee - Patent - New Act 16 2017-11-07 $450.00 2017-10-19
Maintenance Fee - Patent - New Act 17 2018-11-07 $450.00 2018-10-23
Maintenance Fee - Patent - New Act 18 2019-11-07 $450.00 2019-10-22
Maintenance Fee - Patent - New Act 19 2020-11-09 $450.00 2020-10-21
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Past Owners on Record
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LALONDE, FRANCOIS
MISSOUT, GILLES
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Document
Description 
Date
(yyyy-mm-dd) 
Number of pages   Size of Image (KB) 
Abstract 2003-05-15 1 29
Claims 2003-05-15 6 276
Drawings 2003-05-15 8 136
Description 2003-05-15 14 680
Representative Drawing 2003-05-15 1 7
Cover Page 2003-09-05 1 47
Abstract 2006-12-11 1 29
Representative Drawing 2006-12-18 1 6
Cover Page 2006-12-18 1 47
PCT 2003-05-15 10 368
Assignment 2003-05-15 8 252
Prosecution-Amendment 2003-09-24 2 44
Correspondence 2006-09-29 1 53
Correspondence 2010-08-10 1 47