Mesure de la résonance d´une bobine magnétique

[invitee9f36a52]

Bonjour,


Je suis en train de travailler sur un système de détection de métal via l´utilisation des courants de Foucault. J´ai une bobine excitatrice et une bobine réceptrice. La bobine réceptrice est branchée en paralèlle sur un condensateur, puis le tout est branché sur un ampli à 3 étage à forte impédance d´entrée. Le schéma équivalent de la bobine réceptrice devrait donc ressembler au schéma 1 joint en attaché (phi est le flux du champ magnétique dans la bobine réceptrice). . Je voudrais optimiser la fréquence de résonnance de ma bobine réceptrice et la placer proche de la fréquence de résonnance de la bobine excitatrice. Ma première question est:

-Quel est le circuit optimal pour simuler le circuit équivalent de ma bobine réceptrice? dois je simplement remplacer la force électromotrice E par un simple GBF et ensuite mesurer la tension aux bornes du condo C comme représenté sur le schéma 2?

Deuxième questions:
-Je mesure la tension aux bornes de ma résitance R en utilisant une sonde d´oscillo. Je me demande s´il y a des précaution à prendre au niveau des masses. La masse du GBF est elle la même que la masse de l´oscillo?

Troisième et dernière questions:

-J´ai essayé deux types de circuit, celui décrit précédement, et un ou le condo et la self sont en parallèle. J´ai fais attention de brancher une des pattes de la self et du condo à ma pseudo masse, afin de pouvoir mesurer directement la tension à leurs bornes. Je n´obtiens pas la même fréquence de résonance que le circuit série.

Est ce un problème de mesure, ou bien est ce simplement que la capacité parasite et les résistances parasites de ma bobine ne sont pas négligeables et leurs effets se manifesteraient préférentiellement dans la configuration série?

Les données de mon problème. Self de 33 micro henry, capacité C de 100 nF. En série j´obtiens à peu prés 90 kHz comme il se doit, en parallèle j´obtiens 195 kHz....

Merci d´avance pour vos réponse,

Grégory
-----

[f6bes]

Bsr Gregorg,
Ton schéma n)1 représente un circuit SERIE et non pas //.
En //le condo est en // sur la bobine .Là ce n'est pas le cas.
Tout est monté à la queue leleu (série)
Ta représention n°2 représente aussi un montage SERIE.
Dans un montage //les bornes du condo sont reliées aux bornes de la self.
Un coté peut etre à la masse.
Le générateur se branche dans ce cas entre masse et point commun condo/self
Bonne soirée

[Tropique]

Hello

1) Tu veux "simuler" ta bobine réceptrice: ce n'est pas clair. Si tu veux le faire avec un simulateur, ton schéma 2 peut convenir, puisque tu peux décréter que ta source alternative a une impédance de 0. Dans le monde réel, il sera plus délicat d'approximer une impédance négligeable, et ce sera probablement préférable d'exciter le circuit autrement.

2) En principe, si tu veux simuler correctement le circuit, il faut que les résistances soient identiques. Dans le circuit réel, la résistance est celle de la self, non-accessible, et rajouter une résistance de mesure est un pis-aller. Il est préférable de faire la mesure sur le condo, la résonance devrait être très visible.
Pour les masses, tu es libre d'arranger tes éléments comme tu veux pour que les masses correspondent.

3) Avec les valeurs que tu emploies, les différences sont tout à fait anormales, il y a certainement qque chose que tu fais de travers, mais ce n'est pas très clair.

L'idéal est de se mettre dans une config aussi proche que possible du circuit réel, donc mettre l'oscillo à la place de l'ampli, ou même derrière l'ampli, et exciter la bobine magnétiquement, soit avec la bobine émettrice, soit avec une boucle de test. Dans tous les cas il faudra un couplage lâche pour ne pas perturber la mesure.

Sur un plan plus général, l'accord d'une bobine réceptrice de détecteur de métaux n'est probablement pas une bonne idée.
Je n'ai pas d'infos sur ton système, donc je ne peux que commenter de façon limitée, mais souvent on désire faire une discrimination, ou au moins avoir des infos sur la nature de la cible (dans le cas contraire un détecteur P.I. est plus sensible et probablement plus simple); pour cela, l'info de phase est essentielle.
Or, dans un système réel, la tension détectée est très faible et est déduite en soustrayant divers offsets (au sens large). Si le Q du circuit résonant varie, ce processus va convertir de l'amplitude en phase, et va donc rendre le système très sensible aux dérives thermiques (le cuivre de la bobine a un coéff de T° assez élevé). Le condensateur d'accord lui-même, même s'il est choisi stable et est moins exposé que la tête de détection sera aussi la cause de dérives.
Tous ces phénomènes seront d'autant plus sévères que le Q est élevé, et il est généralement préférable d'adopter un circuit apériodique ou très amorti.
A+

[invitee9f36a52]

Salut f6bes,


Merci pour ta réponse.

Je me suis mal exprimée dans mon message. Et c´est en plus difficile à expliquer sans avoir la manip sous les yeux. Le fait est que, en ce moment sur ma manip, ma bobine est montée en parallèle avec un condensateur (voir le nouveau schéma ci-joint). Je cherche à accorder l´ensemble bobine plus condensateur en parallèle (la bobine et le condensateur du schéma ci-joint) à une fréquence proche de fexc (fréquence de mon champ magnétique).

Pour cela, je me dis qu`il suffit de prendre ma bobine, de choisir le bon condensateur, de les mettre en parallèle, de mettre une résistance en série à tout ca, et de mesurer la tension aux bornes de L//C pour trouver la résonance.
Je pourrais aussi bien mettre la bobine en série avec le condo, et si L et C étaient parfait, je devrais trouver la même fréquence de résonnance. Or ce n´est pas le cas.

Je réfléchis donc maintenant à la facon dont se comporte la bobine dans le champ magnétique, j´obtiens le schéma 1 du message précédent avec les résistances de la bobine et la capa de la bobine (ce qui est dans le cadre en pointillé du schéma 1 du premier message). Il me semble maintenant logique que L//C et L en série avec C ne vont pas donner la même résonance...

Conclusion: Etant donné que je n´obtiens pas les même résonances avec mes deux montages de test, et étant donné le circuit équivalent de ma bobine lorsqu´elle est dans le champ magnétique, comment dois je faire pour accorder ma bobine correctement (quel type de montage choisir afin de représenter au mieux ce qui se passe lorsque la bobine est dans le champ magnétique)?

PS: pour des raisons pratiques, j´aimerais éviter la solution qui consiste à faire varier la fréquence du champ excitateur afin de voir qand l´amplitude en sortie de mon ensemble pre-filtrage et post ampli devient la plus importante.

Grégory

[A voir en vidéo sur Futura]

[invitee9f36a52]

Hello

1) Tu veux "simuler" ta bobine réceptrice: ce n'est pas clair. Si tu veux le faire avec un simulateur, ton schéma 2 peut convenir, puisque tu peux décréter que ta source alternative a une impédance de 0. Dans le monde réel, il sera plus délicat d'approximer une impédance négligeable, et ce sera probablement préférable d'exciter le circuit autrement.

2) En principe, si tu veux simuler correctement le circuit, il faut que les résistances soient identiques. Dans le circuit réel, la résistance est celle de la self, non-accessible, et rajouter une résistance de mesure est un pis-aller. Il est préférable de faire la mesure sur le condo, la résonance devrait être très visible.
Pour les masses, tu es libre d'arranger tes éléments comme tu veux pour que les masses correspondent.

3) Avec les valeurs que tu emploies, les différences sont tout à fait anormales, il y a certainement qque chose que tu fais de travers, mais ce n'est pas très clair.

L'idéal est de se mettre dans une config aussi proche que possible du circuit réel, donc mettre l'oscillo à la place de l'ampli, ou même derrière l'ampli, et exciter la bobine magnétiquement, soit avec la bobine émettrice, soit avec une boucle de test. Dans tous les cas il faudra un couplage lâche pour ne pas perturber la mesure.

Sur un plan plus général, l'accord d'une bobine réceptrice de détecteur de métaux n'est probablement pas une bonne idée.
Je n'ai pas d'infos sur ton système, donc je ne peux que commenter de façon limitée, mais souvent on désire faire une discrimination, ou au moins avoir des infos sur la nature de la cible (dans le cas contraire un détecteur P.I. est plus sensible et probablement plus simple); pour cela, l'info de phase est essentielle.
Or, dans un système réel, la tension détectée est très faible et est déduite en soustrayant divers offsets (au sens large). Si le Q du circuit résonant varie, ce processus va convertir de l'amplitude en phase, et va donc rendre le système très sensible aux dérives thermiques (le cuivre de la bobine a un coéff de T° assez élevé). Le condensateur d'accord lui-même, même s'il est choisi stable et est moins exposé que la tête de détection sera aussi la cause de dérives.
Tous ces phénomènes seront d'autant plus sévères que le Q est élevé, et il est généralement préférable d'adopter un circuit apériodique ou très amorti.
A+

Salut Tropique et merci,

Je n´avais pas vu ta réponse, donc je répète ce que j´ai dit dans ma réponse à f6bes. Je ne veux pas utiliser de simulateur, mais juste régler expérimentalement la fréquence de résonnance de mon système expérimental L//C à une fréquence disons égale à 0.5fexc-0.8fexc, fexc étant une donnée fixe de mon problème.
Pour ce qui est des problèmes d´accord, de dérives thermiques et de conversion amplitude phase, j´en suis conscient et je pense qu´en ajustant la fréquence de résonance de la bobine détectrice à une valeur proche mais pas trop de fexc, il doit être possible de minimiser ces problèmes.

Concernant les différences que j´obtiens entre le circuit de test série et parallèle, je trouve ca aussi bizarre, mais je ne vois pas ce que je fais comme erreur. Je pensais à une perturbation due à l´oscillo, ou à ma sonde qui ne pourrait ne pas être adaptée. Je trouve néanmoins bizarre que cela provoque de telles variations aux niveau des fréquences de résonnance.

Grégory

[f6bes]

bJr GregNOrg,
Une bobine L et un condo C SUFFISENT pour déterminer une fréquence.
Pas la peine d'y RAJOUTER une RESISTANCE.
Cette "résistance" existe "naturellement !Pas la peine d'en RAJOUTER !!!

Si tu RACCORDES un générateur aux bornes de L/C (en //) tu vas
TROUVER un "accord" (un maxi de U) qui t'indiqueras alors la F en question.
C'est pas plus compliqué que celà .

Petite remarque: si tu injectes ton générateur sur le point chaud de ton circuit //, il faut que le générateur est une sortie à HAUTE impédance (ce qui n'est pas forcément commun à ce genre d'appareillage qui sorte bien souvent en basse impédance).

Si tu connais la F de ton champ magnétique ,à toi de jouer sur L ou C (variable) pour pouvoir l'accorder entre 0.5 et 0.8 de Fexc.(mais 0.5 F c'est déjà énorme !)
Si tu trouves des valeurs différentes entre "série" et "//" (à qq chose prés), c'est qu'il y a un "os" dans ta manip !
Bonne journée

[Tropique]

Si ta bobine est fortement couplée à une autre (l'émettrice p.ex.), cela peut expliquer le décalage apparent de fréquence: la réponse de circuits couplés se dédouble, et la résonance que tu vois est peut-être la "bosse" supérieure.
Il faudrait faire une simu avec les paramètres complets pour voir exactement ce qui se passe.
A+

[invitee9f36a52]

bJr GregNOrg,
Une bobine L et un condo C SUFFISENT pour déterminer une fréquence.
Pas la peine d'y RAJOUTER une RESISTANCE.
Cette "résistance" existe "naturellement !Pas la peine d'en RAJOUTER !!!

Si tu RACCORDES un générateur aux bornes de L/C (en //) tu vas
TROUVER un "accord" (un maxi de U) qui t'indiqueras alors la F en question.
C'est pas plus compliqué que celà .

Petite remarque: si tu injectes ton générateur sur le point chaud de ton circuit //, il faut que le générateur est une sortie à HAUTE impédance (ce qui n'est pas forcément commun à ce genre d'appareillage qui sorte bien souvent en basse impédance).

Si tu connais la F de ton champ magnétique ,à toi de jouer sur L ou C (variable) pour pouvoir l'accorder entre 0.5 et 0.8 de Fexc.(mais 0.5 F c'est déjà énorme !)
Si tu trouves des valeurs différentes entre "série" et "//" (à qq chose prés), c'est qu'il y a un "os" dans ta manip !
Bonne journée

Si je veux mesurer une résonnance dans un circuit L//C Il faut bien que ma tension d´alimentation ne varie pas? or si je branche directement mon générateur aux bornes de mon circuit L//C je ne vois pas comment je peux mesurer une résonnance sans que la tension aux bornes de mon L//C varie et par la même la tension d´alimentation?

Dans mes manips, j´appliques ce que j´ai appris à la maternelle à savoir U=Uo*ZLc/(ZLc+R) (dans le cas ou L//C est en série avec une résistance). Uo est la tension de mon GBF, ZLc est l´impédance de L//C. Uo est censée ne pas varier sur toute la plage de fréquence en théorie et c´est U aux bornes de L//C qui varie et passe par un maximum.

C´est pour ca que j´ai utilisé une résistance. Mais ceci dit, comme tu le fais remarquer, l´impédance de sortie de mon générateur n´est peut être pas adaptée (c´est un GBF metrix GX 245) et c´est ca qui me poserait peut être des problèmes.

Grégory

[f6bes]

Bsr GregNorg,
Premier point:
Un générateur dont la tension d'ALIMENTATION varie est un piétre générateur.
La tension d'ALIMENTATION de ton géné ne varie pas .

P

[f6bes]

Bsr GregNorg,
Premier point:
Un générateur dont la tension d'ALIMENATION varie est un piétre générateur.
La tension d'alim de ton géné ne varie pas.
Passons à autre chose:
La tension HF (pas d'alimentation !!!) d'un géné est généralement CONSTANTE et peu etre réglée par une commande.
Si tu fais débiter un géné sur un circuit ACCORDE il se produit un PIC de tension à la résonnance Fdu circuit. (cela depuis la nuit des temps !)
Toutes autres tensions HF dont la fréquence est DIFFERENTE de l'accord sont dérivées plus ou moins à la masse (plus la F est différente de l'accord).
Si ton géné est à haute Z tu peux le brancher direct en haut du circuit d'accord.
Si il est à basse Z faut le coupler par une bobine auxiliaire apériodqiue pour ne pas AMORTIR le ciruit LC.
Suffit de connecter l'oscillo ou un détecteur pour voir la VARIATION de tension suivant la F injectée ( donc l'accord du circuit).
Ca se pratique depuis le "cro magnon" de l'électronique .
Bonne soirée

[invitee9f36a52]

Bsr GregNorg,
Premier point:
Un générateur dont la tension d'ALIMENATION varie est un piétre générateur.
La tension d'alim de ton géné ne varie pas.
Passons à autre chose:
La tension HF (pas d'alimentation !!!) d'un géné est généralement CONSTANTE et peu etre réglée par une commande.
Si tu fais débiter un géné sur un circuit ACCORDE il se produit un PIC de tension à la résonnance Fdu circuit. (cela depuis la nuit des temps !)
Toutes autres tensions HF dont la fréquence est DIFFERENTE de l'accord sont dérivées plus ou moins à la masse (plus la F est différente de l'accord).
Si ton géné est à haute Z tu peux le brancher direct en haut du circuit d'accord.
Si il est à basse Z faut le coupler par une bobine auxiliaire apériodqiue pour ne pas AMORTIR le ciruit LC.
Suffit de connecter l'oscillo ou un détecteur pour voir la VARIATION de tension suivant la F injectée ( donc l'accord du circuit).
Ca se pratique depuis le "cro magnon" de l'électronique .
Bonne soirée

Bonsoir f6bes,

Il me semble que l´on est d´accord mais qu´on le dit de facon différente...

Je crois que je vais déduire que mon générateur est un piètre générateur, puisque la tension (que tu appelles tension HF, et que j´ai appellé tension d´alimentation) qu´il délivre aux bornes de mon circuit que celui soit R L C série ou R en série avec L//C varie en fonction de la fréquence, et ceci d´autant plus que la fréquence est proche de la fréquence de résonnance (j´ai vérifié...en le connectant à un oscillo et il est vraiment mauvais...). Donc comme tu le dis, son impédance doit être basse et comme je ne l´ai pas couplé par une bobine auxiliaire apériodique (quesaco?) j´ai les résultats bizarres que je décris dans mes messages précédents.

Ma conclusion est, comme le suggérait Tropique et que je cite maintenant, que l´"idéal est de se mettre dans une config aussi proche que possible du circuit réel, donc mettre l'oscillo à la place de l'ampli, ou même derrière l'ampli, et exciter la bobine magnétiquement, soit avec la bobine émettrice, soit avec une boucle de test. Dans tous les cas il faudra un couplage lâche pour ne pas perturber la mesure."

Autre alternative, je m´achète un bon générateur pour Noël...

A bientôt et merci à f6bes et Tropique pour vos réponses,

Grégory

[Tropique]

Voici un exemple de ce qui se passe lorsqu'on tente de mesurer la résonance d'une bobine, alors que l'autre est également présente.
Comme je ne connais pas les détails précis, j'ai supposé que les deux circuits sont similaires.
On voit clairement que la bosse haute est arrivée à 195KHz (pour K=0.8)

[invitee9f36a52]

Voici un exemple de ce qui se passe lorsqu'on tente de mesurer la résonance d'une bobine, alors que l'autre est également présente.
Comme je ne connais pas les détails précis, j'ai supposé que les deux circuits sont similaires.
On voit clairement que la bosse haute est arrivée à 195KHz (pour K=0.8)

Salut Tropique,

Oui il est vrai que ma seconde bobine n´arrange peut être pas les choses. Mais je me suis finalement décidé à régler la sensibilité de ma bobine réceptrice directement dans le champ excitateur de ma bobine excitatrice et en tenant compte de mon circuit d´amplification. Et ca marche pas trop mal!

Mais je vais regarder de plus prés ces histoires de résonnance multiples.

Grégory