LabWindows/CVI participe au contrôle des bobines magnétiques de l’accélérateur de particules du CERN

Author(s):
JC Mareaux - Jeumont S.A.

Industry:
Research, Electromechanics/ Electrotechnics

Products:
LabWindows/CVI, High-Precision DAQ, LabVIEW, GPIB, Instrument Drivers/IVI, Data Acquisition

The Challenge:
Effectuer le contrôle de raideur d’une demi-bobine, en fin de fabrication.

The Solution:
Développer un banc de contrôle à l’aide d’une presse, de capteurs, d’une carte d’acquisition et d’un programme LabWindows/CVI.

Jeumont S.A. est une filiale à 100% du groupe Framatome ANP. Elle intervient dans les domaines du nucléaire, de la marine et de l’industrie. Pour le nouvel accélérateur de particules LHC (Large Hadron Collider ou grand collisionneur de Hadron) qui sera installé au CERN, de puissants aimants supraconducteurs seront nécessaires pour maintenir les faisceaux de protons sur leur trajectoire. Jeumont S.A. a été sélectionné parmi plusieurs constructeurs pour réaliser, en partenariat avec Alstom Industrie, une partie de ces 1200 dipôles (aimants supraconducteurs) de 15 m de long, conçus pour produire une induction magnétique de 8,3 Teslas.

Les conducteurs des bobines sont en Nb Ti/Cu refroidis dans l’hélium liquide à 2°K et sont parcourus par un courant de 15 000 A afin de produire un champ magnétique élevé. Pour ce type d'aimants, Jeumont S.A. avait obtenu le record mondial d'induction en 1991, avec une valeur supérieure à 10 Teslas. La qualité du champ est obtenue par la grande précision de réalisation des bobines. Pour y parvenir, Jeumont S.A. a défini les outillages nécessaires (machine à bobiner, centrale de chauffe, presse de contrôle...) et assure la fabrication dans un atelier spécialisé. Un aimant (voir photo) est constitué de deux dipôles (un par faisceau de protons) composés chacun de deux demi-bobines supraconductrices (1 demi-bobine partie saillante sur la photo = 1 couche interne + 1 couche externe).

A l’issue de la fabrication, les pôles de 15 m de long subissent des contrôles qualité très stricts, contrôles dimensionnels et électriques (isolement, décharge électrique, résistance, inductance...). Le test de décharge électrique s’effectue par un programme sous LabVIEW pilotant un générateur de tension via une carte GPIB.

Le dernier contrôle consiste à mesurer la raideur du pôle, et plus précisément à déterminer les caractéristiques force-déplacement sur toute sa longueur. Pour cela, le pôle est placé dans une presse de mesure adaptée à sa géométrie. Le contrôle est effectué sur des zones déterminées, à intervalles réguliers.

Des capteurs de force et de déplacement, placés sous les faces d'appui des couches (bases), permettent leur suivi individuel et simultané. Les signaux délivrés par ces capteurs sont conditionnés puis envoyés vers les entrées analogiques d’une carte d’acquisition PCI-MIO-16E4 installée sur PC pour être numérisés. Le pilotage du banc s’effectue à partir d’un logiciel développé sous LabWindows/CVI.
L’objectif de ce contrôle est d’équilibrer les forces et les déplacements sur les quatre bases afin de maintenir un bon centrage de l’axe magnétique de la bobine après montage, et surtout en fonctionnement, sous l'effet des importantes forces mécaniques et électromagnétiques en présence.

Par approches successives constituées de cycles de compression et de décompression, l'opérateur recherche les réglages qui apportent l’équilibre voulu. Le cycle final est sauvegardé avec l'ensemble des informations nécessaires. La section suivante est alors contrôlée.
Ces opérations nécessitent une extrême attention afin d'éviter tout risque d’endommagement de la bobine. Le logiciel a donc été conçu pour éviter cet incident. Il fournit à l'opérateur des informations claires et précises.

Nous avons choisi de travailler avec LabWindows/CVI car nous souhaitions un environnement de développement en C permettant de réaliser des interfaces graphiques et de développer du code rapidement. Le développement n’a posé aucun problème. L’interface opérateur obtenue est simple et visuelle, elle permet d’afficher des courbes en deux dimensions avec une vue longitudinale ou transversale du pôle. Un autre aspect important est la traçabilité des données. On peut désormais sauvegarder les mesures mais aussi l'ensemble des données relatives au contrôle (réglages, numéro de pôle, informations sur le fil...). Il est possible de les rappeler en cas de besoin pour les visualiser et éventuellement poursuivre ou refaire des points de contrôle. En plus de ces avantages pratiques, ce développement a permis de réduire considérablement les temps de contrôle. à court terme, nous souhaitons transmettre ces mesures directement au CERN et à Alstom Industrie via Internet.

Juillet 2001

Author Information:
For more information on this Case Study, contact:
JC Mareaux
Jeumont S.A.
27, rue de l’Industrie BP 189
Jeumont Cedex 59573
France
jeanclaude.mareaux@framatome-anp.com

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