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Technologie

Les capteurs Zettlex utilisent un technique inductive exclusive.

La technologie de base est celle utilisée par les résolveurs et les transformateurs linéaires mais sans leurs bobinages volumineux et coûteux. La technologie Zettlex donne des mesures d’une haute résolution remarquable, à la fois stables et reproductibles, quelles que soient les conditions environnementales ou les tolérances mécaniques. Le fonctionnement en l’absence de contacts associé à l’insensibilité à la température, l’humidité, aux tolérances de montage, aux liquides, etc., se traduit par une insertion et un montage faciles et peu onéreux des dispositifs Zettlex.

En général, les principales pièces de nos capteurs sont des circuits imprimés multicouches, ce qui permet une technique de mesure extrêmement robuste, légère, compacte et précise. Cela signifie aussi qu’une forme ou dimension sur mesure est facilement réalisable pour convenir à une application.

Les capteurs Zettlex sont principalement utilisés comme systèmes de mesure de déplacement absolu, sans contact. Certains sont utilisés comme dispositifs de mesure de position incrémentielle.Les plages de mesures varient considérablement - de 10 m et les topologies incluent les types rotatifs, linéaires, 2D, 3D etc. Les formes les plus fréquentes sont :

rotatives petites -
rotatives grandes - > 50 mm de diamètre
linéaires
curvilinéaires
2D et multiaxiales.

De plus amples détails sont fournis dans le PDF Notes techniques à gauche. Des Livres blancs techniques se trouvent également à gauche.

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NOTES TECHNIQUES
CAPTEURS ZETTLEX
Version 6.1
Zettlex UK Limited
Newton Court
Newton
Cambridge
CB22 7PE
United Kingdom
Tel. [+44] 01223 874444
Fax. [+44] 01223 874111
www.zettlex.com
Email info@zettlex.com
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Precision in the Extreme
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Precision in the Extreme
Résumé
Le but de ce document est d’informer les ingénieurs à propos des principes de
fonctionnement, des règles de conception et des applications de la technologie Zettlex.
La technologie Zettlex est une technique de non-contact pour la mesure de déplacements
et/ou de vélocité. Le principe fondamental de fonctionnement est basé sur le phénomène
d’induction mutuelle, spécifiquement, l’induction mutuelle entre une cible conductive et
un une nappe de conducteurs, alimentée par un courant alternatif. En d’autres termes, il
s’agit de l’induction. Les capteurs à induction – comme des résolveurs ou des
transformateurs linéaires - ont une réputation méritée en matière de précision et de
fiabilité mais ils ont également la réputation d’être volumineux, lourds et coûteux. Zettlex
offre tous les avantages des capteurs à induction mais sans les inconvénients de
volume, de poids et de coût.
Dans un capteur de position Zettlex, une Antenne contenant une nappe de conducteurs
(souvent mais pas toujours, placés sur un circuit imprimé) est alimentée avec un faible
courant alternatif. Un champ électromagnétique est formé à proximité de l’antenne.
Habituellement, ce champ s’étend juste sur quelques millimètres- parfois quelques
centimètres- de la surface plane de l’Antenne. Quand une Cible conductive passive
pénètre dans ce champ, la Cible provoque une perturbation électromagnétique qui peut
être perçue par l’antenne. Le signal de la perturbation indique uniquement l’identité et la
position de la Cible par rapport à l’Antenne. L’indentité de la Cible est déterminée à partir
de sa fréquence de réponse. De multiples Cibles peuvent être perçues par une seule
Antenne.
Des capteurs à induction ont été utilisés dans des conditions de sécurité critiques depuis
plus de 50 ans dans les domaines de l’aérospatiale, de la défense et du secteur de
l’automobile. La technologie Zettlex applique ce principe fondamental de la physique pour
fournir une technique de détection qui est extrêmement stable et répétitive, sans tenir
compte de l’environnement physique. Cela fait que cette technique est spécialement
adaptée pour les mesures de précision dans les environnements extrêmes – d’où notre
devise ‘Precision in the Extreme’. Les capteurs Zettlex sont utilisés tous les jours dans
des applications spécifiques à des organisations comme la Royal Navy, Royal Air Force,
British Army, US Navy and US Marine Corps.
Des environnements hostiles peuvent inclure des températures extrêmes, des vibrations,
des chocs, des aggressions chimiques, de l’eau, des immersions de longue durée, un usage
intensif, du bruit électromagnétique, de la poussière, un matériau étranger, des espaces
étroits ou un poids contraignant. Grand nombre de ces aggressions physiques peuvent être
contrecarrées en couvrant ou en encapsulant les parties principales du capteur. Les
températures extrêmes peuvent être contournées en localisant les parties électroniques
dans un environnement moins hostile, distant de l’environnement agressif qui se trouve à
proximité de la zone de mesure. Les environnements électromagnétiques extrêmes ne
causent pas d’erreurs de lecture du fait de la conception de la Cible et de l’Antenne, qui
permet au capteur d’éliminer tout bruit qu’il reçoit.
La technologie Zettlex est adaptée à une large variété de mesures géométriques incluant
les rotations, les translations rectilignes, les translations curvilignes, en 2 et 3 dimensions.
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La gamme de mesure est habituellemnt de 1mm à 10m. Il y a une large variété
d’applications incluant les capteurs de déplacement, les interfaces utilisateurs et le
contrôle des servos moteurs.

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Table des matières
1. Introduction........................................................................................... 5
2. But ...................................................................................................... 5
3. Terminologie.......................................................................................... 5
4. Contexte scientifique ............................................................................... 6
4.1. Champ magnétique dû à un courant Electrique .......................................... 6
4.2. Intensité du champ magnétique ............................................................. 6
4.3. L’induction électromagnétique .............................................................. 7
5. Principes de fonctionnement ...................................................................... 9
6. Description des composants principaux........................................................ 11
6.1 La Cible ........................................................................................ 11
6.2 Antenna L’antenne........................................................................... 11
6.3 Le Module Electronique ..................................................................... 12
7. Performance Fonctionelle ........................................................................ 14
8. Performances environnementales............................................................... 16
8.1 Emissions électromagnétiques................................................................. 16
8.3 La Température .................................................................................. 17
8.4 Humidité et Moisissure.......................................................................... 18
8.5 Resistance chimique............................................................................. 18
8.6 Durée de vie ...................................................................................... 18
8.5 Chocs et Vibrations .............................................................................. 19
9. Géométrie des capteurs .......................................................................... 20
10. Systèmes Multi Capteurs ....................................................................... 25
11. Exemples spécifiques ........................................................................... 28
12. Directives de Conception ...................................................................... 30
13. Comparaison avec d’autres technologies ................................................... 32
14. Applications ...................................................................................... 33
14.1 Attributs Généraux ............................................................................ 33
14.2 Exemple d’applications spécifiques ........................................................ 34
15. Questions fréquentes ........................................................................... 35

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1. Introduction
Zettlex exploite prioritairement, la technologie sans contact de détection de la position et
de la vitesse à travers une large variété d’applications et de secteurs. Nous offrons des
détecteurs robustes, fiables, précis à des prix abordables. Nos clients sont habituellement
des constructeurs intégrateurs de systèmes (CIS) à qui nous vendons des détecteurs, des
sous ensembles pour capteurs, des composants pour capteurs (notament des puces
préprogrammées) et des applications pour projets d’ingénierie.
2. But
Ce document a pour but d’informer les techniciens ou ingénieurs sur les principes
d’exploitations, des règles de conception et des applications potentielles de la technologie
Zetllex.
3. Terminologie
Dans ce document, nous utilisons le terme de “Capteur”.Plus précisément, la signifiacation
de ce terme pourrait être transducteur. Certains peuvent également utiliser les termes
d’encodeur, de dispositif de mesure, de détecteur ou d’instrument. Dans ce document
vous pouvez estimer que le terme de Capteur englobe tous ces termes.
De façon similaire, dans ce document, nous utilisons le terme de “position”. Le terme
scientifique plus précis serait déplacement. Certains utilisent plutôt les termes de
localisation ou de distance. Pour les géometries d’angle rationelles, les termes de
déplacement angulaire ou de rotation sont utilisés. Dans ce document vous pouvez
estimer que le terme de position englobe tous ces termes.
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4. Contexte scientifique
Si vous êtes un ingénieur en électronique ou un physicien expérimenté, vous pouvez sauter
cette partie et aller directement au chapitre 5. Les principes physiques gérant la
technologie Zettlex sont très bien ètablis et couverts par quelques lois fondamentales de la
physique.
4.1. Champ magnétique dû à un courant Electrique
Quand un conducteur est parcouru par un courant, un champ magnétique est produit
autour de ce conducteur – un phénomène découvert par Oersted à Copenhague en 1820. Il
fit cette découverte en plaçant un conducteur parcouru par un courant électrique audessus
d’une aiguille magnétisée. Celle-ci se déplaçant dans le sens des aiguilles d’une
montre ou dans le sens inverse selon la direction du courant.
Si nous regardons le long d’un conducteur et qu’un courant le suit en s’éloignant de nous,
comme le montre la croix à l’intérieur du conducteur sur le schéma ci-dessous, le champ
magnétique se déplace dans le sens des aiguilles d’une montre et les lignes du flux
magnétique peuvent être représentées par des cercles concentriques autour du fil
électrique.
4.2. Intensité du champ magnétique
La loi d’Ampère, établit que la force du champ magnétique dans un éspace libre, H, à une
distance r d’un fil électrique droit de longueur infinie transportant un courrant I est
donnée par l’équation suivante:

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Le champ produit par un conducteur de longueur infinie se comprend facilement.
Lorsque le conducteur se présente sous la forme d’une boucle ou d’une série de
boucles, le modèle du champ est plus compliqué. Le champ autour d’une boucle peut
généralement être classé en 3 zones:
· Champ du fil électrique – très proche de la surface du conducteur. Ce champ
possède une forte intensité et il est prédominant sur un conducteur droit de
longueur infinie sans tenir compte de la forme actuelle du conducteur. Ce champ
– étant donné sa très faible distance par rapport à la surface du conducteur- n’est
généralement pas pris en compte quand on parle de la technologie Zettlex.
· Le champ de proximité- le champ de proximité est pour nous la plus importante
des 3 zones à considérer dans la technologie Zettlex. C’est un champ dont
l’intensité est relativement uniforme. Le champ de proximité pour un courant
transporté par un conducteur, se forme dans une boucle circulaire de rayon r qui
s’étend habituellement à une limite maximum au-dessus et en-dessous de la
boucle de 0.5r.
· Le champ lointain- loin du conducteur. Ce champ lointain est cette région audelà
du champ de proximité et qui s’étend à l’infini. L’intensité du champ
diminue en fonction du cube de la distance depuis le courant transporté par le
conducteur arrangé dans une simple spire.
Si le conducteur véhiculant un courant a la forme d’une spire, le champ depuis un
circuit quelconque est augmenté par le nombre de circuits ou de tours, N, dans toute
boucle quelconque. Le champ d’une bobine est proportionel à N et au courrant dans
la bobine. Le produit NI est souvent la réference en “ampère-tour” dans le circuit.
4.3. L’induction électromagnétique
En 1831, Michael Faraday découvra l’induction
électromagnétique, à savoir la méthode d’obtention d’un
courant électrique avec l’aide d’un flux magnétique. Il
enroula deux bobines sur un anneau métallique et il
trouva qu’en fermant un interrupteur pour faire circuler
un courant dans la première bobine, qu’un courant était
mesuré par la déviation d’un galvanomètre relié à la
deuxième bobine. De plus, quand l’interrupteur était
ouvert, le galvanomètre était dévié dans la direction
inverse. Il proposa que tout courant était induit dans une
bobine par l’action d’un autre dans la seconde.
Quelques semaines plus tard, lors d’une expérience séparée, il trouva que quand un
aimant permanent était déplacé par rapport à une bobine, un galvanomètre était
dévié dans une direction et dans la direction opposée quand l’aimant s’éloignait de la
bobine. C’est cette expérience qui convaint Faraday qu’un courrant électrique
pouvait être produit par le mouvement d’un flux magnétique par rapport à une
bobine. Faraday montra également que la magnitude de la force électro-motrice
induite (f.e.m) est proportionelle au taux de variation du flux magnétique qui passe à
travers la bobine.

Si nous considérons deux bobines- une bobine de transmission (Tx) et une de réception
(Rx)- alors nous pouvons voir que l’équation suivante peut être appliquée:
VRX = - K dITX
dt
Où:
¨ VRX est le voltage induit dans la bobine de réception
¨ K est l’induction mutuelle de couplage, facteur dépendant des bobines par
rapport aux zones, géométrie, distance, et par rapport au nombre de circuits
¨ dITX /dt est la derivée de la variation du courrant dans la bobine de transmission
par rapport au temps.
Tx
Rx
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5. Principes de fonctionnement
Pour cela nous pouvons considerer un simple exemple de détecteur linéaire Zettlex.
Un détecteur Zettlex comporte trois élements opérationels: Une Cible, une Antenne
et un Module Electrique.
La cible est un composant passif, habituellement un dispositif conducteur (mais pas
toujours) fait d’une pièce de circuit imprimé et qui ne requièrt pas de connection
électrique.
L’antenne est une nappe de conducteurs qui sont disposés comme des circuits
transmetteurs et récepteurs le long et à travers un axe de mesure. Dans ce cas l’axe
est linéaire et droit mais dans d’autres cas il peut être linéaire avec une surface
complexe. De façon similaire, il peut être curviligne, circulaire, en 2D ou 3D.
Habituellement (mais pas toujours), les conducteurs sont positionnés sur un circuit
imprimé.
Comme éxpliqué dans les paragraphes précédents, le principe physique est le
phénomène d’induction mutuelle. Par conséquent, pour tout système géométrique
de mesure donné, cela peut être l’un ou l’autre, l’Antenne ou la Cible, qui se
positionne le long du chemin de mesure. De manière similaire l’objet en mouvement
n’est pas nécessairement l’élément passif.
Le module électrique reçoit l’énergie, fournit un signal à l’Antenne, reçoit le signal
de retour et de perturbation, le transforme et le traduit en signal électrique de sortie
indiquant la position de la Cible par rapport à l’Antenne le long de l’axe de mesure.-
dans ce cas linéaire.
Electronics
Module
Target Antenna

Lorsque l’Antenne est alimentée avec un courant alternatif, elle génère localement
un champ électromagnétique. Quand la Cible entre dans le champ magnétique, cela
provoque une perturbation, qui à son tour, est détectée par l’Antenne. Le signal de la
perturbation peut soit être directement fourni pour traitement à un système résident
ou, plus généralement, au module électronique. Le module électronique délivre par
la suite un signal analogique reflétant la position de la Cible sur l’axe de mesure de
l’Antenne.
Plusieurs Cibles peuvent être détectées en une seule fois par une seule Antenne. Bien
qu’en théorie il n’y ait pas de nombre maximum, 8 est un nombre raisonable en
pratique.
En tant que limite de la technique de mesure Zettlex ignore tous déplacements de la
Cible autre que ceux de l’axe de mesure. C’est là la clé pour permettre une mesure
de haute précision sans haute précision et coût élevé d’ingénierie mécanique. Cela
signifie, par exemple, que si l’écart entre la Cible et l’Antenne venait à augmenter
de 3mm à 3.3mm, cela n’affecterait pas la mesure de la position. Cependant, si la
position relative de la Cible et de l’Antenne changeait de sorte que certaines
composantes du déplacement relatif était le long de l’axe de mesure, alors la mesure
du déplacement poura changer de façon équivalente à la composante résultante.
La limite supérieure habituelle de déplacement de la cible par rapport à l’axe de
mesure est équivalente à la limite du champ de proximité généré par l’Antenne.
Par exemple, comme illustré sur la figure du détecteur linéaire ci-dessous, si l’on
considère que l’Antenne a une largeur de 15mm (mesurée de façon orthogonale par
rapport à l’axe de mesure), alors le champ de proximité pourra s’étendre d’un
maximum de 7.5mm au-dessus de la surface de l’Antenne. Cela signifie que la Cible
peut être placée n’importe où dans ce volume de 7.5mm de hauteur et sa position
pourra être mesurable. Habituellement une hauteur nominale ou de conception
inférieure à 50% de la hauteur maximale est spécifiée lors de la conception d’un
Capteur.

6. Description des composants principaux
6.1 La Cible
La Cible est un circuit électriquement
conducteur passif formé par un simple
chemin sinueux ou une série de pistes sur
un circuit imprimé.
Les Cibles peuvent être conformément
enduitent (vernies), encapsulées ou
insérées dans un moule avec une injection
de moulage si les conditions
environnementales le nécessitent.
Habituellement, les cibles sont fixées à un composant hôte à l’aide de vis, d’axes
(pour positioner la Cible), de clips ou d’adhésif.
La taille et la forme des Cibles varient de quelques mm à plusieurs mètres. Les Cible
peuvent être plus petites que l’Antenne ou plus grandes que celle-ci.
6.2 Antenna L’antenne
L’Antenne est habituellement un
arrangement plat de conducteurs qui forme
un circuit transmetteur et récepteur. Les
circuits sont disposés le long et au travers de
l’axe de mesure de l’Antenne.
Habituellement, les circuits sont conçus
comme une piste sur un circuit imprimédans
la majorité des cas sur un circuit
imprimé multi-couche FR4, mais toujours.
Par exemple La figure de gauche montre une
Antenne, qui a été imprimée en utilisant de l’encre électrique conductrice sur un
circuit flexible en polymère. De nombreux substrats peuvent être utilisés à condition
qu’ils ne soient pas conducteurs. Les substrats en céramique ou en polyamide sont
spécialement adaptés pour les températures extrêmes.
De simples bobines de fil ou de l’encre conductrice peuvent également être utilisées
pour produire une Antenne.
La forme et la taille d’une Antenne varient de quelques mm à plusieurs centaines de
mm. La plus large Antenne imprimée a une aire de format A0 ou supérieur à 2700mm
de long. De plus grandes tailles peuvent être réalisées en utilisant différentes formes
de fil électrique. Certaines formes de constructions ne requièrent pas de substrat et
peuvent être faites avec une bobine de fil conductrice autour d’un arrangement de
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chevilles (c.a.d. un fil électrique enroulé autour de plusieur chevilles ou tiges métaliques
fines de façon à tracer un chemin avec le fil). De telles constructions sont bien
adaptées, pour l’une en application avec de hautes températures ou, pour l’autre à des
bobines peu coûteuses (mais peu précises).
6.3 Le Module Electronique
Le Module Electronique comprend une
alimentation électrique, une protection
contre les surtensions et les inversions de
polarité (si nécessaire), un circuit
transmetteur (incluant un oscillateur), un
circuit récepteur, un microcontrôleur et
une sortie électrique. Un exemple
d’application avec un circuit spécifique de
Zettlex est illustré sur la figure de droite.
Les puissances typiques sont 3.3, 5, 12 ou
24V avec une puissance de consommation
inférieure à 100miliwatts à 100% du cycle
d’utilisation.
La puissance de consommation est proportionelle à la fréquence de mesure. Par
exemple, la puissance de consommation d’un dispositif dont la fréquence de lecture
est de 100 fois par seconde sera 50 milliwatts tout comme celle d’une unité dont la
fréquence de lecture de une par seconde sera de 50 microwatts. Des alimentations 4-
20mA CC sont communément utilisées et Zettlex fabrique plusieurs alimentations de
ce type.
Le Module Electronique est typiquement localisé sur le même circuit imprimé que
l’Antenne. De façon alternative, le Module Electrique peut être localisé à distance de
l’Antenne et une interconnection faite de fils électriques ou de circuits imprimés
flexi-rigides peut être ajoutée. Modifier la localisation du Module Electrique peut être
avantageux dans deux cas:
Antennes multiples – contrôlées par un Module Electrique centralisé qui assure
le multiplexage des différentes antennes.
Environnement extrême- où il est avantageux de localiser le Module
Electronique dans un environnement moins contraignant que l’Antenne ou la
Cible.
La distance entre le Module et l’Antenne peut aller de quelques mm à plusieurs
mètres. La distance maximale est déterminée par 4 facteurs:
La taille de l’Antenne et de la Cible
Le couplage entre l’Antenne et la Cible
L’environnement électromagnétique
La Spécification de l’interconnection avec les fils électriques
Plus grands sont l’Antenne et la Cible, plus grande sera la distance pratique entre
l’Antenne et le Module Electrique. Meilleur est “le couplage” (dû à l’écart ou à la
géométrie physique), plus grande sera la distance. Moins l’environnement électrique
est contraignant, plus grande sera la distance. Si l’interconnection avec des fils
électriques est protégée de l’environnement e-m – par exemple, avec des paires
torsadées, blindées ou placées dans un conduit- alors plus grande sera la distance.
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Différentes variétés de sorties électriques sont possibles. Les sorties analogiques
inclues 0-5V, 0-10V, 4…20mA (2 ou 3 cables), PWM, HART protocole et sin/cos 1V de
pic à pic. Les sorties digitales inclues RS232, RS485, SPI, SSI, A/B Pulses, Code Gris,
MODBus, CANBus.
Les versions ATEX (sécurité intrasec) du Module Electronique sont déjà disponibles.
Les versions ITAR gratuites (seulement les composant gratuis des USA) des modules
électroniques sont déjà disponibles.
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7. Performance Fonctionelle
La performance fonctionelle d’un grand nombre de Capteurs est typiquement
caractérisée par trois paramètres principaux:
¨ La résolution
¨ La répétabilité
¨ La linéarité
¨ La fréquence de Mesure
En règle générale, meilleures sont la résolution, la linéarité et la fréquence de
mesure, meilleur est le coût de n’importe lequel des Capteurs de position. Cela est
aussi vrai pour les Capteurs Zettlex.
Zettlex offre aux (CIS) une gamme de Capteurs qui peuvent être directement adaptés
afin de correspondre exactement avec l’application requise- ni plus ni moins- c’est
pourquoi ces coûts sont minimisés.
La Résolution. Typiquement, Zettlex mesure de façon absolue avec une résolution de
10-24bits (1k-16M points) de la pleine échelle. Théoriquement, il n’y a pas de
résolution minimum ou maximum, depuis que la limite est seulement établie par la
conversion de l’analogique au digital dans l’un ou l’autre du Module Electrique
Zettlex ou du système hôte. Zettlex a produit des disposotifs de rotation multi-tour
avec une Résolution de 32bits et un dispositif de rotation de 2” avec une résolution
digitale de 24bits. Les requêtes de résolution les plus fréquentes sont de 13-20bits.
La Répitabilité. Une des clés de la technologie Zettlex est qu’il n’y ait pas d’
hystéresis contrairement à de nombreux détecteurs magétiques, où des effets
signifiants d’hystéresis surviennent dans la croube B-H, il n’y a pas de tel mécanisme
pour l’hystéresis dans les dispositifs Zettlex. Par conséquent, la répétabilité est
toujours +/-1 moins sigificative que la résolution citée.
La linéarité. Pour des raisons de clarté technique, il est important de comprendre la
différence entre “la linéarité brute” et “la linéarité calibrée”. La linéarité calibrée
fait référence à la linéarité du Capteur après avoir été calibré sur place avec son
équipement hôte. – c’est ainsi que n’importe quelle variation mécanique croissante
est supprimée. La linéarité brute fait référence à la linéarité que les dispositifs Zettlex
(habituellement distribués sous forme de kit) vont atteindre à condition que la Cible et
l’Antenne soient montées sous certaines – relativement généreuse – tolérances
mécaniques.
Pour un dispositif linéaire, une linéarité brute typique est:
0.1% tous les 5mm de l’échelle totale si la Cible et l’Antenne sont montées
pour des mouvements lisses avec un guidage contrôlé (c a d que les tolérances
des composants mécaniques de l’hôte soient typiqument inférieurs à 0,1mm).
Par exemple, si un tel capteur linéaire avait une plage totale de 50mm et que
la Cible et l’Antenne étaient montés sur palier de glissement linéaire lisse
nous pourrions espérer une linéarité brute du capteur Zettlex de 0,01% de la
pleine échelle.
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0,25% tous les 5mm de l’échelle totale si la Cible et l’Antenne sont montés
seulement pour un contrôle modéré de la position relative (c.a.d. que les
tolérances mécaniques de montage sont habituellement 0,25mm). Par
exemple si un tel capteur avait une échelle totale de 50mm et la Cible et
l’Antenne étaient montés sur palier de glissement linéaire lisse nous pourrions
espérer une linéarité brute du capteur Zettlex de 0,025% de la pleine échelle.

que le mouvement relatif le long de l’axe de mesure est relativement sans
contrainte.
Pour des capteurs rotatifs ou curvi-linéaires, des principes similaires sont appliqués
mais les dimensions de “références” sont Habituellememnt tous les 5mm de la
longueur effective de l’Antenne ou de la Cible. Habituellememnt, cela est calculé de
la même façon qu’une circonférence ou qu’une longueur d’arc est calculée et dans
laquelle le rayon est pris comme la moyenne du rayon externe et interne de
l’Antenne ou de la Cible, respectivement des plus internes et externes des formes
sinueuses
Si les capteurs Zettlex sont calibrés après avoir été fixés à leur place, en utilisant un
dispositif de référence (comme un encodeur optique de haute précision ou une
machine coordinée de mesure) alors le calibrage brut devrait être:
Avec environ 10 points de calibrage, nous pourrions nous attendre à une
linéarité brute réduite par un facteur de 2
Avec environ 1000 points de calibrage, nous pourrions nous attendre à une
linéarité brute réduite par un facteur de 10
Comme vu dans les données ci-dessus, plus longue est la longueur d’un Capteur
linéaire Zettlex, meilleure sera sa linéarité. De façon similaire, plus grand est le
diamètre d’un Capteur rotatif Zettlex, meilleure sera sa linéarité.
En règle générale la meilleure linéarité est atteinte avec l’Atenne et la Cible montées
pour des déplacements mécaniques lisses, répétitifs et des sorties digitales comme
RS485, SSI, ModBUS etc.
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8. Performances environnementales
8.1 Emissions électromagnétiques
Du fait de leur nature fondamentale, les capteurs Zettlex produisent des émissions
électromagnétiques. En pratique, ces émissions sont très faibles. Premièrement, la
puissance transmise est faible (typiquement
l’Antenne est délibérément conçue et uniquement comme un transmetteur de champ
de proximité. Par conséquent, les émissions sont inexistantes dans le champ éloigné
du fait de leur rapide décroissance (1/r3) au delà du champ de proximité. Donnant de
faibles niveaux d’émissions, les Capteurs Zettlex sont adaptés pour les applications
dans le secteur de l’automobile et de la défense où les émissions admissibles sont
particulièrement sévères. Une éxigence similaire existe, pour les émissions des
capteurs Zettlex, qui est de ne pas interférer avec des équipements electro-optiques
ou de délicats détécteurs de direction et nous constatons que ces demandes sont
rapidement satisfaites.
8.2 Susceptibilité électromagnétique
C’est peut-être surprenant pour le nouveau venu, mais les Capteurs Zettlex sont
idéalement adaptés pour les environnements électromagnétiques bruyants. La
technologie fondamentale des capteurs a été spécifiquement conçue pour des
operations robustes dans un environnement bruyant. A titre d’illustration, plus de 30%
des applications commerciales des capteurs Zettlex requièrent d’être localisées à
proximité (
moteur.
Les capteurs Zettlex ne sont pas sensibles au bruit électromagnétique occasionné par
un certains nombre de facteurs. Les capteurs sont conçus pour
utiliser une fréquence spécifique pour correspondre étroitement à la
fréquence naturelle de la Cible et seulement recevoir des signaux à cette
fréquence spécifique
recevoir des signaux uniquement avec des minimums et des maximums
d’amplitudes limites
recevoir uniquement des signaux en opposition de phase à la phase de
transmission
Annuler tout bruit électromagnétique inconnu en organisant des conducteurs
dans la zone de l’Antenne en dipôles équilibrés (Conceptuellement, cela est
semblable à une paire torsadée planaire). En conséquence, suite à l’intrusion
d’une énergie électromagnétique inconnue ou d’un bruit induisant un courant
circulant dans une partie de l’Antenne, un courant antagoniste est créé en
opposition dans l’autre partie –annulant ainsi les effets. Cette fonctionnalité
est la plus importante et les 3 autres fonctionnalités sont généralement
utilisées comme filet de sécurité redondants.
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Dans certains cas extrêmes (par exemple en face des installations de radars militaires
ou à l'intérieur des appareils d'IRM) où des intensités de champ >>100V/m sont
communes, il est habituel que tout système électrique souffre de saturation
électromagnétique si il n’est pas blindé. Dans ces cas, un boîtier électrique séparé ne
devrait pas être nécessaire pour qu’un capteur Zettlex fonctionne de manière fiable.
Les capteurs Zettlex peuvent être fabriqués de sorte à ce que l’extérieure de
l’Antenne ou de la Cible porte une couche mince de cuivre. Cela agit comme une
imparfaite mais efficace (et peu coûteuses) Cage de Faraday, protégeant le capteur
contre de puissants champs. De telles constructions peuvent également être utilisées
pour réduire au minimum les émissions provenant d'un capteur Zettlex.
8.3 La Température
Les principes fondamentaux de fonctionnement de la technologie Zettlex font qu’ils
ne sont pas sensibles aux variations de températures. Alors que la conductivité de la
piste dans l'antenne, et la force du signal, varient avec la température, la zone des
conducteurs sur l’Antenne est disposée de telle sorte que toute variation soit annulée
automatiquement (à savoir l'algorythme de mesure ratiométrique) et ainsi n’affecte
pas la valeur de la mesure. Cela signifie que les capteurs Zettlex peuvent opérer de
façon précise et fiable dans des environnements de températures basses, hautes ou
variables.
Dans la pratique, les matériaux à partir desquels les composants des capteurs sont
produits, limitent les températures d’opération et de stockage. À un premier niveau,
la gamme de température effective peut être limitée par les composants
électroniques du capteur, à une gamme de -40 à 85 ou 125 degrés Celsius (à savoir les
gammes industrielles ou automobiles). Cette limite peut être surmontée par le
montage de l'électronique du capteur à distance de l'antenne. Cela permet à des
capteurs d’être disposés de sorte que seule l'antenne et la cible se trouvent dans
l'environnement de température extrême, alors que le module électronique peut être
situé dans un environnement plus favorable. Une distance de quelques centimètres
peut signifier une différence de température supérieure à 100° Celsius - en particulier
si le Module Electronique est situé derrière une barrière thermique.
En positionnant le Module Electronique à distance, des températures plus extrêmes
au niveau de l’Antenne et de la Cible peuvent être supportées en utilisant des
substrats appropriés pour l’Antenne et la Cible. Il s'agit notamment des substrats en
polyiamide, céramique ou en verre. Les capteurs Zettlex sont fréquemments soumis à
une limite de température supérieure à 230°Celsius.De même, les capteurs Zettlex
sont souvent utilisés pour des applications aéroportées à -55°Celsius.
La technique de l'insensibilité à la température est mise en évidence par les faibles
coefficients thermiques cités dans les spécifications du capteur. Les coefficients
thermiques des capteurs linéaires sont typiquement
et la plupart sont
aux effets causés par la dilatation thermique des substrats de circuit - qui est faible,
comparativement à des coefficients de dilatation thermique de l'acier ou l'aluminium.
Les coefficients thermiques pour les capteurs rotatifs sont typiquement
de la pleine échelle. Le coefficient est inférieur au coefficient linéaire parce que la
Cible et l’Antenne vont se dilater ou se contracter à des taux similaires.
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Les Modules électroniques avec des sorties numériques présentent des coefficients de
température plus faibles que ceux dont les sorties sont analogiques.
8.4 Humidité et Moisissure
Les principes de fonctionnement fondamentaux de la technologie Zettlex les rendent
insensibles à la moisissure et à l'humidité contrairement aux techniques capacitives. Il
peut être démontré qu'il n'y a généralement pas de variation de la valeur mesurée par
rapport aux niveaux d'humidité ou même lorsque le capteur est immergé dans les
fluides de faible conductivité (à ces fins, l'eau de mer est classée comme un fluide de
faible conductivité). Cela signifie que les capteurs Zettlex peuvent fonctionner de
façon fiable et précise à 0% HR, HR de 100% ou en immersion.
Dans la pratique, les matériaux qui entourent ou renferment le capteur, déterminent
la résistance aux liquides. Plus fréquemment, les composants des capteurs sont
recouverts de vernis. Des revêtements adaptés sont occasionellement recommandés
pour des expositions temporaires aux fluides. Si l’exposition aux fluides est
fréquente, prolongée ou constante, alors les composants du capteur peuvent être
encapsulés dans de l’epoxy ou insérés dans un moule.
L'immersion dans de l'eau salée ou dans de l'essence n'affecte pas les performances de
mesures du capteur.
8.5 Resistance chimique
Les principes fondamentaux de fonctionnement ne sont pas affectés par les
substances chimiques. Cela signifie que les capteurs Zettlex peuvent fonctionner
dans des environnements chimiques relativement hostiles. Dans la pratique, les
matériaux, qui entourent ou renferment le capteur, déterminent la résistance aux
liquides. Plus fréquemment, les composants du capteur sont conformément
recouverts avec du vernis. De façon alternative, les composants du capteur peuvent
être encapsulés dans de l’epoxy ou insérés dans un moule. Dans les environnements
extrêmes les composants du capteur peuvent être entièrement logés dans un boîtier
en acier inoxydable.
8.6 Durée de vie
La durée de vie d'un capteur Zettlex est généralement déterminée par la durée de vie
des composants portant la Cible et l'Antenne. Le cycle d'utilisation, n'a pas ou n’a
qu'un effet négligeable sur la durée de vie.
Dans certaines applications de températures extrêmes, la durée de vie de certains
des composants peut être réduite lorsqu'ils sont exposés à des températures extrêmes
pendant de longues périodes.
Les capteurs Zettlex sont utilisés dans plusieurs applications où une durée de vie de
20 ans est requise.
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Elément important, des inspections périodiques, de services ou de maintenance ne
sont pas nécessaires du fait la nature de non-contact de cette technologie.
8.5 Chocs et Vibrations
La performance d'un capteur Zettlex avec des vibrations ou des chocs est déterminée
par la performance des composants portant la cible et l'antenne.
Dans certaines applications extrêmes avec des chocs ou des vibrations, les
composants des capteurs peuvent être encapsulés dans de l’epoxy dure et/ou souple.
Les capteurs Zettlex sont utilisés avec succès dans une application avec des chocs de
100g pendant plus de 10msec.
Les véhicules aéroportés sont soumis à des régimes de chocs et à des vibrations. Ces
derniers sont déjà équipés pour la plupart de capteurs Zettlex.
En règle générale, les parties les plus vulnérables de tout système électrique dans les
environnements de chocs ou de vibrations sévères sont les connecteurs. En général,
les capteurs Zettlex tendent à éliminer ou réduire au minimum le nombre de
connecteurs en utilisant soit de robustes connexions de fils électriques soit des
circuits flexi- rigides.
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9. Géométrie des capteurs
Il existe une myriade de formes et de tailles de capteurs. Ce qui suit donne un aperçu
de certaines des géométries les plus courantes des capteurs Zettlex.
Dans toutes les positions, la mesure est absolue. Si nécessaire, les capteurs peuvent
être configurés pour fournir des signaux différentiels.
Capteurs rotatifs – Cible et Antenne Co-Axial
La distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ ¼ du diamètre effectif
de la partie électronique de l’Antenne et de la
Cible. Le capteur peut être construit sous forme
annulaire avec un arbre traversant (en matériau
conductif ou non-conductif) ou en porte à faux,
sans axe traversant. La mesure de la position
est absolue de 0 à 360 degrés sans petites
anomalies au croisement de 0 à 360 degrés.
Applications courantes: encodeur d’arbre rotatif
pour des moteurs de communication BLDC et
contrôleurs de position…
Capteur rotatif –Cible et Antenne (légèrement)
Non-CO-Axial.
La distance maximale entre la Cible et l’Antenne est
d’environ ¼ du diamètre effectif de la partie
électronique de l’Antenne et de la Cible. Le
décalage axial maximal dépend d’un certain nombre
de facteurs mais généralement, peut être pris
comme une variation de 0-10% du diamètre de
l’Antenne ou de la Cible sans affecter de façon
signifiante les performances de mesure. La mesure
de la position est absolue de 0 à 360 degrés sans
petites anomalies au croisement de 0 à 360 degrés.
Applications courantes encodeur de fin d’arbre pour
rouleau d'entraînement où la ligne centrale a une
position variable.
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Capteur rotatif – Cible et Antenne
(grossièrement) Non-CO-Axial.
La distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ ¼ du diamètre
effectif de la Cible. Le centre de rotation de
la Cible peut varier dans les limites de
l’Antenne tels que le tour de la cible ne se
rapproche pas de la périphérie de l'Antenne.
La mesure de la position est absolue de 0 à
360 degrés sans petites anomalies au
croisement de 0 à 360 degrés. Applications
courantes: capteur rotatif de fin d’arbre
suspendu ou cintré.
Capteur liméaire.
La distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ 1/2 de la largeur
effective de la Cible ou de l’Antenne. Le
décalage maximum de la Cible à angle droit
par rapport à l’axe de mesure (mais
coplanaire avec l’Antenne) dépend d’un
certain nombre de facteurs mais peut être
pris comme une variation de 0-10% de la
largeur de l’Antenne ou de la Cible, sans
affecter les performances de mesure. La
mesure de la position est absolue mais,
préférentiellement, devrait être limitée à
moins de 80% de la longueur de l’Antenne
pour éviter les effets liés à la l’extrémité de
l’Antenne. Applications courantes: élement
de position de machine.
Noter que pour l’exemple ci-dessus, la géométrie peut être changée, l’antenne
est l’unité la plus courte et la cible se déplace sur l’axe de mesure. Application
type : la mesure de position d’un chariot motorisé le long d’une piste
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Capteur Curvi – linéaire [A].
La distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ 1/2 de la largeur
effective de la Cible ou de l’Antenne. Le
décalage maximum de la Cible à angle droit
par rapport à l’axe de mesure (mais
coplanaire avec l’Antenne) dépend d’un
certain nombre de facteurs mais peut être
pris comme une variation de 0-10% de la
largeur de l’Antenne ou de la Cible, sans
affecter les performances de mesure. La
mesure de la position est absolue mais,
préférentiellement, devrait être limitée à
moins de 80% de la longueur de l’Antenne
pour éviter les effets liés à l’extrémité de
l’Antenne. Le capteur peut parcourir une
courbe pleine de 360°si nécessaire sans
perturbation au passage du 0. Noter que la sortie du capteur peut être paramétrée de
façon à donner une distance ou un angle de rotation depuis le point central de la
courbe de l’Antenne. Applications courantes: angle de mesure précis sur de grands
rayons comme les tourelles ou les antennes radar.
Capteur Curvi-linéaire [B].
La distance maximale entre la Cible et l’Antenne est
d’environ 1/2 de la largeur effective de la Cible ou de
l’Antenne. Le décalage maximum de la Cible à angle
droit par rapport à l’axe de mesure (mais coplanaire
avec l’Antenne) dépend d’un certain nombre de
facteurs mais peut être pris comme une variation de 0-
10% de la largeur de l’Antenne ou de la Cible, sans
affecter les performances de mesure. La mesure de la
position est absolue mais, préférentiellement, devrait
être limitée à moins de 80% de la longueur de
l’Antenne pour éviter les effets liés à l’extrémité de
l’Antenne (sauf lorsqu'ils sont en service à 360 degrés
complet Le capteur peut parcourir une courbe pleine
de 360°si nécessaire sans perturbation au passage du
0. Noter que la sortie du capteur peut être paramétrée de façon à donner une
distance ou un angle de rotation depuis le point central de la courbe de l’Antenne.
Applications courantes: angle de mesure précis sur des grands rayons autour d’un
arbre.
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Capteur de roulis et de tangage. La
distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ 1/3 de la
largeur effective de la Cible. Cette
limite affecte donc la gamme de mesure
type de 0 à + / -45 degrés pour chaque
axe de rotation. Mesure de la position
absolue. Applications courantes: les
joysticks.
Capteur de roulis, tangage et écart de
course. La distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ 1/3 de la largeur
effective de la Cible. Cette limite affecte donc
la gamme de mesure type de 0 à + / -45 degrés
pour chaque axe de rotation. Mesure de la
position absolue. Application courante: mesure
de l’inclinaison.
Capteur 2D.
La distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ 1/2 de la largeur
effective de la Cible. La mesure de la
position est absolue mais devrait être
limitée à moins de 90% de la longueur ou de
la largeur effective de l’Antenne de façon a
éviter les affections des arêtes. Applications
courantes: joysticks, des jeux et des
dispositifs de saisie par stylet.
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Capteur 2D+rotatif.
La distance maximale entre la Cible et
l’Antenne est d’environ 1/4 de la largeur
effective de la Cible. La mesure de la
position est absolue mais devrait être
limitée à moins de 80% de la longueur ou
de la largeur effective de l’Antenne de
façon a éviter les affections des arêtes.
Applications courantes: joysticks.
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10. Systèmes Multi Capteurs
Les modules électroniques Zettlex peuvent être conçus de façon à multiplexer dans
un certain nombre de capteurs. Des techniques plus traditionelles comme le Hall
affect ou les capteurs capacitifs ne le permettent pas parce que le traitement
électronique requis (à savoir le silicone) doit être positionné de façon adjacente au
point de détection. Avec la technologie Zettlex, cependant, il est possible de
positionner le Module Electrique à distance de l’Antenne individuelle et des Cibles.
C’est parce que les signaux reçus ont une amplitude relativement haute et que le
traitement du signal subséquent est robuste. De la même façon, cela permet à de
multiples capteurs d’être alimentés, et de distriduer des signaux à un Module
Electronique central.
Depuis que les Cibles et les Antennes sont relativement peut coûteuses à produire, il
est intéressant économiquement de multiplexer le Module Electronique. Cela amortit
le coût du module à travers de multiples capteurs, ce qui baisse le prix du capteur à
son niveau le plus bas.
Les capteurs montrés sur la figure de droite
sont une paire de capteurs rotatifs contrôlés
par un seul Module Electronique localisé sur le
même circuit imprimé que la première
Antenne. Une telle construction est
particulièrement intéressante dans les systèmes
de cardan pour les caméras, les plateaux radars
et systèmes d'armements. Dans ce cas
l'interconnexion entre la seconde Antenne et le
Module Electronique est realisé avec une paire
de fils torsadés.
Notez que les moyens peu coûteux pour effectuer l’interconnection entre les
Capteurs et le Module Electronique sont variés. Généralement, les interconnexions
sont des pistes, (soit) sur un circuit imprimé, un circuit imprimé flexible
d'interconnexion, de câbles CAT 5 ou de pistes flexibles sur un circuit imprimé flexirigide
hybride.
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Un autre point intéressant à signaler est qu’il est plus économique d'intégrer les
composants électroniques à un hôte ou une carte mère. Cela permet aux composants
électroniques, à l’assemblage et aux coûts des tests d’être minimisés.
Le nombre maximum de capteurs par module électrique est determiné par le temps
de réponse maximum donné par une sortie de capteurs. Si l’on considère un système
avec un cycle de mesure de 1 milliseconde par capteur et un temps de réponse
maximum permis de 25 millisecondes, alors le nombre maximum de capteurs sera de
25 par Modules Electroniques. Cette limite peut être augmentée en utilisant des
algorythmes de multipléxage plus sofistiqués – par exemple, échantilloner la sortie du
capteur le plus souvant utilisée et vice versa.
La distance maximale dont l’Antenne peut être distancée du Module Electronique est
déterminée par 3 facteurs principaux:
· La taille physique de l’Antenne et de la Cible
· Le facteur couple entre l’Antenne et la Cible
· EMC/environnement réglementaire
Généralement, si la Cible et l’Antenne sont larges et avec une faible distance relative
(et donc un bon facteur de couplage) alors une distance de plusieurs mètres entre le
capteur et le Module Electronique est premise.
Le problème des EMC sur les longs cables ou les longueurs incorrectes peut devenir
mitigées (aléatoire ou peu fiable) en utilisant des cables blindés, torsadés et des
connecteurs. Une autre option est d'acheminer les interconnexions dans un conduit
métallique relié à la terre. Bien sur, il est préferable d’éviter l’utlisation de cables
blindés etc… dû aux coûts additionels. À titre d’exemple, un cable non blindé de 2m
CAT5 est acceptable dans un environnement électronique de consommation régi par
EN68000, par exemple.
L’exigence pour mesurer la position de Cibles multiples ne nécessite pas forcément
l'utilisation de plusieurs Antennes. Il serait bon de noter qu’une seule Antenne peut
suivre de multiples Cibles. 8 Cibles par Antenne est une limite sensible sans un
changement radical dans la complexité ou le coût d'un module électronique.
Un système Zettlex comportant plusieurs Cible avec une Antenne plus d’autres paires
d’Antennes et de Cibles additionelles est permis.
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Quand de multiples Capteurs ou Cibles ou Antennes sont contrôlés par un Module
Electronique Central, il est, bien sur, bénéfique d’envisager l’utilisation d'une sortie
numérique du flux de données – plutôt qu’une multitude de sorties 0-5v DC ou PWM -
de façon à minimiser l'électronique, les connecteurs et les coûts de câblage.
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11. Exemples spécifiques
Les points suivants ne devraient être pris qu'à titre d'exemple plutôt que de limites: -
Géométrie du capteur = annulaire (anneau plat)
Mesure = Angle absolu
Echelle totale
Résolution = 16 bits (65,536 comptage par
révolution)
Répétabilité = +/1 LSB ou 1 comptage
Linéarité brute =
Linéarité calibrée =
Fréquence de mesure = 2000Hz
Géométrie du capteur = Linéaire
Mesure = Distance absolue
Echelle totale = <15mm
Résolution = <5microns
Répétabilité = +/1 LSB ou 1 comptage
Linéarité =
Fréquence de mesure= 1000Hz
Géométrie du capteur = Rotation 25mm de
diamètre
Mesure = Angle absolu
Echelle totale = 360 degrés
Résolution = 16 bits (65,536 comptage par
révolution)
Répétabilité = +/1 LSB ou 1 comptage
Linéarité brute =
Linéarité calibre =
Fréquence de mesure = 2000Hz
Géométrie du capteur = Curviligne
Mesure =Absolue (programmable)
Echelle totale = 100 degrés
Résolution = 10 bits au dessus de l’échelle
totale
Répétabilité = +/1 LSB ou 1 comptage
Linéarité brute = Dispositif programmable
contre le déroulement non linéaire
Fréquence de mesure = 10Hz
Note - Dispositif de 2 fils 4…20mA. Version Atex également en
production.
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Géométrie du capteur = Paire de capteurs de
rotation de 50mm de dia.
Mesure =Absolue (programmable)
Echelle totale =
élévation
Résolution = 14 bits au dessus de la pleine
échelle
Répétabilité = +/1 LSB ou 1 comptage
Linéarité brute =
Fréquence de mesure = 400Hz
Géométrie du capteur = linéaire extrême
environnement
Mesure =Absolue
Echelle totale = 1000mm
Résolution = 1mm
Répitabilité = +/1mm
Linéarité brute = <5mm
Fréquence de mesure = 100Hz
Température d’opération = 230 degrés Celsius
Evaluation de choc = 1000g en 10ms
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12. Directives de Conception
Si vous voulez utiliser un capteur Zettlex, ce qui suit devrait vous aider pour formuler
une demande spécifique :-
· Gamme dynamique – la géométrie de mesure et de la distance doit être précisée.
Si c’est linéaire, curvi-ligne ou en 2 dimensions, on autorise l’Antenne à s’étendre
de 10% au delà de la limite de mesure de la gamme dynamique à chaque
extrémité.
· Résolution – la finesse de mesure doit être précise. Vous pouvez la spécifier par
une finesse physique (par exemple
65,536 comptages)
· Répétabilité et inéarité – les degrés de répétabilité et de linéarité doivent être
specifiés. En règle générale la répétabilité d’un capteur Zettlex est la même
qu’un point de résolution.
· Absolu ou incremental – si le système hôte nécessite une mesure de la position à
la mise sous tension, sans étape d’auto-calibrage des positions connues, alors une
mesure absolue doit être précisée.
· Etalonnage de l’assemblage – ne pas oublier d’en tenir compte à la première
utilisation. S'il y a un degré exact de tolérance mécanique à respecter dans
l'assemblage avec le système hôte, il est alors utile d'envisager une étape
d'étalonnage in situ.
· Sortie électronique – la sortie électronique requise doit être précisée. Par
exemple 0-5V, PWM, RS232, CAN Bus, RS485, 4…20mA, I2C. La sortie la moins
chère et la plus précise est une donnée de liaison série telles que I2C ou RS232.
· Présence d’objets métaliques – si un objet métallique doit être placé très près
du capteur (par exemple
l’Antenne à distance de tout objet métallique et s’assurer qu’il n’y est aucun
objet métallique directement entre la Cible et l’Antenne, sauf si absolument
nécessaire.
· Distance entre la Cible et L’Antenne – la précision des mesures n’est
généralement pas affectée par une légère variation de la distance entre la Cible
et l'Antenne, tant que la cible ne quitte jamais le champ proche.
· Gamme de température - examiner la gamme de température pour le stockage
et l'exploitation. Si les températures sont extrêmes au point de détection,
envisagez de placer l'électronique du capteur dans un environnement plus
favorable.
· Humidité et moisissure – s’il y a une humidité élevée, condensation ou immersion
alors l’étanchéité ou la mise sous capsule doit être considérée.
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· Distance du capteur de l’électronique - En général, plus faible est la distance,
moins sont problèmatiques les traitements des sorties. À n'importe quelle distance
>300mm, les sorties CEM doivent être considérées avec d'éventuelles solutions de
capteurs de fréquences multiples, de paires de câbles, de câbles blindés, de
connecteurs blindés, de boîtiers métalliques, de conduits métalliques, etc
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13. Comparaison avec d’autres technologies
Le tableau suivant donne une comparaison grossière de la technologie Zettlex avec
d’autres technologies – ce n’est pas conçu comme une liste exhaustive
Notes
1. nécessite une Cible alimentée
2. la saleté ne doit pas être magnétique
3. nécessite plusieurs capteurs
4. nécessite plusieurs capteurs
5. applications limites de la durée de vie
6. guêtres peuvent être appliquées
7. usure provoquée par les vibrations
8. nécessite plusieurs capteurs
9. en règle générale un capteur Zettlex coûtera 50% moins cher qu'un résolveur, synchro ou une
instalation LDTV comparable
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14. Applications
14.1 Attributs Généraux
Les Capteurs Zettlex ne sont pas destinés à être universellement utilisés. Dans
certains cas, un simple interrupteur pourra convenir à l’ingénieur de conception avec
des solutions coûts/performances optimales. Néanmoins, dans de nombreux cas,
d'autres capteurs Zettlex sont plus adaptés à une application donnée, tout comme
d'autres technologies dont l’effet Hall, les capteurs optiques, etc
Les capteurs Zettlex ont un nombre inabituel d’attributs: -
¨ Ils sont extrêmement robustes dans des conditions d’environnements extrêmes
en termes de moisisure, matériaux étrangers ou températures extrêmes.
¨ Ils sont précis
¨ Ils offrent une haute résolution et une exellente répétabilité
¨ De multiples capteurs peuvent être contrôlés par un seul set électronique
¨ Ils sont extrêmement robustes dans des conditions environnementales
extrêmes telles que moisissure, matériaux étrangers ou températures
extrêmes
¨ Ils sont insensibles aux champs de courant alternatif/courant continu
¨ Ils sont tolérants en ce qui concerne les décalages mécaniques ou les
tolérances mécaniques
¨ Ils produisent des mesures de la position absolue plutôt que incrémentale
¨ Ils peuvent identifier un certain nombre de cibles et mesurer leur position de
manière indépendante et en même temps
¨ Ils sont adaptés aux géometries inhabituelles et complexes de mesure
¨ Ils ont une longue durée de vie
Généralement, les Capteurs Zettlex peuvent être utilisés lorsque deux ou
plusieurs des caractéristiques ci-dessus sont applicables dans un projet de mesure
auquel est confronté un ingénieur d'études.
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14.2 Exemple d’applications spécifiques
Actionneurs
Actionneurs de valves
Actionneurs hydrauliques
Actionneurs linéaires
Actionneurs pneumatiques
Amortisseurs de suspensions
Antennes de poursuite
Articles de cuisine
Ascenseurs
Avaleur de papier
Bancs d’instrumentation
Boutons poussoirs
Brûleurs
Cadrans
Capeurs de vibrations
Capteur de poids
Capteur de pression
Capteurs d’angle
Capteurs d’angle de braquage
Capteurs d’épaisseur papier
Capteurs de chargement
Capteurs d’inclinaison
Capteurs pétrochimiques
Capteurs d’usure des freins
Capteurs de couple
Capteurs de couple de directrion
Capteurs de débit
Capteurs de déplacement
Capteurs de freins
Capteurs de hauteur de caisse
Capteurs de niveau de fuel
Capteurs de niveau de liquide
Capteurs de pédales
Capteurs de porte automatique
Capteurs de proximité
Capteurs de remplacement GMR
Capteurs de roues
Capteurs de roulis et de tangage
Capteurs de roulis, de tangage et
d’écart
Capteurs de suspensions
Capteurs de transimission
Capteurs de vitesse
Capteurs HVAC
Capteurs PRNDL
Chaudières
Codeurs rotatifs
Commandes d’aileron
Commandes d’éclairage
Commandes de climatisation
Consomateurs électroniques
Contrôles de cockpit
Contrôleurs audio
Contrôleurs de colonnes
de direction
Contrôleurs de d’accelération
Contrôleurs de mouvement
Contrôleurs de niveau de
projecteur
Contrôleurs de traceurs
Contrôleurs de traction
Contrôleurs radar
Cuisinières
Détecteurs de fin d’arbre
Dispositifs d’anti-contrefaçon
Dosage du combustible
Eléments d’interfaces utilisateur
Encodeurs d’arbres
Encodeurs moteur
Equipements d’emballage
Equipements d’extraction
Equipements de fitness
Equipements sportif
Essuie-glaces
Gammes de cuisinières
Guichets automatiques
Guidage missile
ID bracelets électroniques
ID du composant
Inclinomètres
Indicateurs de cadrans
Indicateurs de direction
Interrupteurs de sécurité
Jauges
Jauges analogiques
Jeux
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15. Questions fréquentes
Quelles sont les émissions produites par les capteurs Zettlex?
De par leur nature fondamentale, les capteurs Zettlex produisent des émissions
électromagnétiques. Premièrement, ces émissions sont très faibles.
Deuxièmement, la puissance transmise est faible (typiquement
l’Antenne est spécifiquement conçue pour être seulement un transmetteur de
champ de proximité. En pratique, toutes les emissions son invisibles dans le champ
de proximité du fait de leur décroissance rapide et naturelle (1/r3) après le champ
de proximité. Étant donné les faibles niveaux d'émissions les Capteurs Zettlex sont
appropriés pour les applications automobiles ou la défense où les niveaux
d'émission admissibles sont particulièrement stricts. Il leur est souvent demandé de
ne pas interférer à proximité d’indicateurs de direction sensibles, d’équipements
radio ou électro-optiques et nous trouvons que de telles demandes sont facilement
rencontrées.
Est ce que les capteurs Zettlex sont sensibles au bruit électromagnétique?
Au risque de surprendre les novices, les capteurs Zettlex sont idéalement adaptés
pour les environements électromagnétiques bruyants. La technologie fondamentale
des capteurs a été spécifiquement conçue pour des opérations robustes dans un
environnement bruyant. A titre d’illustration, plus de 30% des applications
commerciales des capteurs Zettlex requièrent une utilisation à proximité (
distance) soit du moteur ou directement à coté du bobinage du moteur.
Les capteurs Zettlex ne sont pas sensibles au bruit électromagnétique dû à un
certain nombre de facteurs. Les capteurs sont conçus pour
utiliser une fréquence spécifique pour correspondre étroitement à la
fréquence naturelle de la Cible et seulement recevoir des signaux à cette
fréquence spécifiques
recevoir des signaux uniquement avec des minimums et des maximums
d’amplitudes limites
recevoir uniquement des signaux en opposition de phase à la phase de
transmission
annuler tout bruit électromagnétique inconnu en organisant des
conducteurs dans la zone de l’Antenne en dipôles équilibrés
(Conceptuellement, cela est semblable à une paire torsadée planaire). En
conséquence, lorsque de l’énergie électromagnétique inconnue ou que du
bruit induit un courant dans l’un, l’autre partie en induit un contraire. –
annulant ainsi les effets. Cette fonctionnalité est la plus importante et les 3
autres fonctionnalités sont généralement utilisées comme filet de sécurité
redondants.
+ve -ve
E-M Noise
Antenna Windings
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Dans certains cas extrêmes (par exemple en face des installations de radars
militaires ou à l'intérieur des appareils d'IRM) ou des intensités de champ >>100V/m
sont communes, il est habituel que tout système electrique souffre de saturation
électromagnétique s’il n’est pas protégé. Dans ces cas, un boîtier électrique séparé
ne (devrait pas être) sera pas nécessaire pour qu’un capteur Zettlex fonctionne de
manière fiable. Les capteurs Zettlex peuvent être fabriqués de sorte que la face
extérieure de l’Antenne ou de la Cible porte une couche mince de cuivre. Cela agit
comme une imparfaite mais efficace (et coûteuse) Cage de Faraday, protégeant le
capteur contre de puissants champs. De telles constructions peuvent également
être utilisées pour réduire au minimum les émissions provenant d'un capteur
Zettlex.
A quelle distance peut se trouver la Cible de l’Antenne?
Le champ de proximité produit par le circuit transmetteur de l’Antenne détermine
cette limite. A titre d’exemple, si une Antenne linéaire fait 300mm de long pour
30mm de large, alors le champ de proximité s’étend à une distance maximale de
15mm de la surface plane de l’Antenne. La définition d’une limite sensible serait
de spécifier une distance entre l’Antenne et la Cible inférieure à 12mm et de façon
préférable inférieure à 5mm. Un écart constant entre l’Antenne et la Cible n’est
pas nécessaire pour une mesure précise de la position.
Est-ce qu’un capteur Zettlex peut opérer à travers un écran métallique
?morceau de metal?
En principe, une piéce de métal peut être insérée entre la Cible et L’Antenne du
capteur. En géneral ce type de situation n’est pas souhaitable en raison des pertes
importantes de signal ainsi provoquées. La profondeur de la couche qu’est
suceptible de traverser le signal limite l’épaisseur de la partie métallique. Plus
basse est la fréquence d’excitation, meilleure sera l’épaisseur de metal admissible.
L’épaisseur maximum du metal depend de la nature réelle du metal. S’il doit y avoir
une piéce de métal, il est préférable d’utiliser des aciers non magnétiques tels que
l’aluminium, l’acier, le cuivre ou le laiton. En pratique l’épaisseur doit être inf à 2 mm
Combien d'identités peuvent transporter une cible?
En théorie, une Cible peut supporter un nombre infini d’identités. En pratique, une
Cible est limitée à environ 8 fréquences et par conséquent à 8 identités.
Cependant, un objet peut transporter de multiples Cibles de différentes fréquences
- en multipliant (par conséquent) le nombre possible des identités. . En outre, la
distance relative et l'orientation de ces Cibles peuvent être détectées par une
Antenne, multipliant ainsi encore le nombre d'identités.
Quelle témperature maximale un capteur Zettlex peut-il supporter?
Les principes fondamentaux de fonctionnement de la technologie Zettlex ne sont
pas sensibles aux variations de températures. Alors que la conductivité de la piste
dans l'Antenne, et la force du signal, variera avec la température, la zone des
conducteurs sur l’Antenne est arrangée de telle sorte que toute variation soit
annulée automatiquement (à savoir l'algorythme de mesure ratiométrique) et ainsi
n’affecte pas la valeur de la mesure. Cela signifie que les capteurs Zettlex peuvent
opérer de façon précise et fiable dans des environnements de basses, hautes et
variables de température.
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Dans la pratique, les matériaux à partir desquel les composants des capteurs sont
produits, limitent les températures d’opération et de stockage. À un premier
niveau, la gamme de température effective peut être limitée par des composants
électroniques du capteur, à une gamme de -40 à 85 ou 125 degrés Celsius (à savoir
les gammes industrielles ou automobiles). Cette limite peut être surmontée par le
montage de l'électronique du capteur à distance de l'antenne. Cela permet à des
capteurs d’être disposés de telle sorte que seule l'antenne et la cible se trouvent
dans l'environnement de températures extrêmes, alors que le module électronique
peut être situé dans un environnement plus favorable. Une distance de quelques
centimètres peut signifier une différence de température supérieure à 100° Celsius
- en particulier si le Module Electronique est situé derrière une barrière thermique.
En positionnant le Module Electronique à distance, des températures plus extrêmes
au niveau de l’Antenne et de la Cible peuvent être supportées en utilisant des
substrats appropriés pour l’Antenne et la Cible. Il s'agit notamment des substrats
en polyiamide, céramique ou en verre. Les capteurs Zettlex résistant à une limite
supérieure de 230° Celsius sont fréquemments utilisés. De même, les utilisations
des capteurs Zettlex pour des applications aéroportées à 55° Celsius sont
fréquentes.
La technique de l'insensibilité à la température est mise en évidence par les faibles
coefficients thermiques cités dans les spécifications du capteur. Les coefficients
thermiques des capteurs linéaires sont typiquement
échelle et la plupart sont
comparables aux effets causés par la dilatation thermique des substrats de circuit –
ce qui est faible, comparativement à des coefficients de dilatation thermique de
l'acier ou l'aluminium.
Les Modules électroniques avec des sorties numériques présentent des coefficients
de température plus faibles que ceux dont les sorties sont analogiques.
Quelle est la distance maximale possible entre l’Electronique et l’Antenne?
La distance maximale entre l’Electronique et l’Antenne est déterminée par 2
facteurs principaux – le facteur de couple entre la Cible et l’Antenne et
l’environnement d’application électromagnétique ou l’EMC requise. Meilleues sont
les amplitudes du signal dans le circuit de réception de l’Antenne et plus
l’environnement EMC est détendu, meilleur sera le déplacement possible entre
l’Antenne et l’Electronique. L’utilisation de cables blindés EMC entre l’Antenne et
l’Electronique augmente la distance maximum possible. En applications
électroniques grand public une distance de 2m est réalisable sans l'utilisation d'un
câble blindé entre l'Electronique et l'Antenne. Zettlex peut vous conseiller sur les
distances maximales en donnant une géométrie particulière, une taille et des
données pertinentes EMC au capteur.
Est ce que les aimants affectent les capteurs Zettlex?
Généralement, les capteurs Zettlex ne sont pas affectés par les champs
magnétiques de courant continu. Toutefois, si les aimants sont dans de le champ
de proximité du capteur alors ils ont tendance à déformer le champ de l'Antenne
en fournissant une «voie facile» pour le flux magnétique. On peut y remédier dans
la conception du capteur en modifiant la disposition de l'Antenne et / ou de la
Cible.
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Est ce que les objets métalliques affectent les capteurs Zettlex?
Les objets métalliques en dehors du champ de proximité du capteur n’ont pas
d’effets sur le capteur. Cependant, les objets métalliques au sein du champ de
proximité tendent à fausser le dessin magnétique. Là encore, comme avec les
aimants, on peut y remédier dans la conception de l’Antenne. Les effets de
distortions sont minimes si les objets métalliques sont symétriques à un arbre à
travers le centre d’un capteur par exemple.
De quelle puissance ont besoin les Capteurs Zettlex?
Une puissance typique requise est de 5V et moins de 20mA – mais ceci à 100% du
cycle de service efficace. La puissance d’usage peut être réduite (par exemple, à
des fins de prolongation la vie de la batterie) par l'utilisation d'un cycle de sommeil
- réduisant ainsi le cycle de services efficaces. Un cycle de sommeil peut être mis
en oeuvre, par exemple, en utilisant un algorythme qui mesure le déplacement,
une fois toutes les 10 secondes (equivalent à 0.1% d’un cycle de service) et revenir
à 100% du cycle de service si le déplacement est modifié. À leur tour, les capteurs
peuvent alors revenir en mode veille si le déplacement ne change pas à nouveau
pour une période d’environ, 10 secondes. Les capteurs Zettlex opèrent souvent sur
une boucle de 2 fils à un courant de 4…20mA.
Combien de capteurs un module électronique Zettlex peut-il contenir?
Le nombre maximum de capteurs par module électrique est determine par le
temps de réponse maximum donné par une sortie de capteur. Si l’on considère un
système avec un cycle de mesure de 1 millisecondes par capteur et un temps de
réponse maximum permis de 25 millisecondes, alors le nombre maximum de
capteurs sera de 25 par Modules Electroniques. Cette limite peut être augmentée
en utilisant des algorithms de multipléxage plus sofistiqués – par exemple,
échantilloner les capteurs les moins souvent utilisés ou les moins importants moins
souvent. Un Module Electronique Zettlex peut également gérer les entrées des
autres éléments tels que les interrupteurs, les thermocouples, interfaces
utilisateur, etc
Est ce que des capteurs Zettlex de géométries différentes peuvent être
contrôlés par un seul set electronique?
Oui. Le logiciel standard Zettlex peut être parametré pour contrôler de multiples
Capteurs de géométries différentes.
Quelle accréditation l’entreprise Zettlex a-t-elle adoptée?
Zettlex est accréditée ISO9001 pour les fabricants de capteurs électromagnétiques
et les services de techniques associées. Zettlex est aussi accrédité BS EN 13980
pour les fabricants de capteurs ATEX (sécurité intrinsèque).
Est ce que les capteurs Zettlex sont listés ITAR?
Non. Nous sommes une enterprise anglaise.
Est ce que les Capteurs Zettlex contiennent des composants listés ITAR?
Non. Si nécessaire, les Capteurs Zettlex peuvent être fournis sans composants
Américains.
Est ce que la technologie Zettlex est Brevetée?
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Oui. La technologie est couverte par plusieurs brevets accordés et en cours au
Royaume-Uni ainsi qu'à l'étranger.
Est-ce que Zettlex licence la technologie?
Non. Nous vendons des capteurs et des composants de capteurs.
Qui d’autre fait des Capteurs Zettlex?
Personne. La concurrence vient des fabricants traditionnels de potentiomètres, des
dispositifs à effet Hall, de codeurs optiques, des dispositifs capacitifs, des
résolveurs et des LVDT. Nous sommes en concurrence régulière avec les codeurs
optiques, des résolveurs et des LVDT et en général nous proposons une solution
technique de qualité supérieure à moindre coût que les fabricants traditionnels.
Que se passe-t-il si nous concevons un Capteur Zettlex et que pour une raison
quelconque, Zettlex ne peut pas le fournir?
Dans la plupart des applications CIS un fichier de conception qui contient toutes les
informations techniques nécessaires pour la fabrication des Capteurs peut être
placé dans une « banque » sécurisée, et qui peut ête mis à disposition de notre
client.