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WO2007036666A1 - Liaison electrique rigide a haute immunite - Google Patents

Liaison electrique rigide a haute immunite Download PDF

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WO2007036666A1
WO2007036666A1 PCT/FR2006/050936 FR2006050936W WO2007036666A1 WO 2007036666 A1 WO2007036666 A1 WO 2007036666A1 FR 2006050936 W FR2006050936 W FR 2006050936W WO 2007036666 A1 WO2007036666 A1 WO 2007036666A1
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WO
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electrical connection
rigid
connection according
tube
cables
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/FR2006/050936
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English (en)
Inventor
Jean-Paul Bares
Alain Fabre
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Safran Transmission Systems SAS
Original Assignee
Hispano Suiza SA
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Filing date
Publication date
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Publication of WO2007036666A1 publication Critical patent/WO2007036666A1/fr
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02G—INSTALLATION OF ELECTRIC CABLES OR LINES, OR OF COMBINED OPTICAL AND ELECTRIC CABLES OR LINES
    • H02G3/00—Installations of electric cables or lines or protective tubing therefor in or on buildings, equivalent structures or vehicles
    • H02G3/02—Details
    • H02G3/04—Protective tubing or conduits, e.g. cable ladders or cable troughs
    • H02G3/0462—Tubings, i.e. having a closed section
    • H02G3/0481—Tubings, i.e. having a closed section with a circular cross-section
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P1/00—Details of instruments
    • G01P1/02—Housings
    • G01P1/026—Housings for speed measuring devices, e.g. pulse generator
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
    • G01P3/42—Devices characterised by the use of electric or magnetic means
    • G01P3/44—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed
    • G01P3/48—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage
    • G01P3/481—Devices characterised by the use of electric or magnetic means for measuring angular speed by measuring frequency of generated current or voltage of pulse signals
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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B11/00—Communication cables or conductors
    • H01B11/02—Cables with twisted pairs or quads
    • H01B11/06—Cables with twisted pairs or quads with means for reducing effects of electromagnetic or electrostatic disturbances, e.g. screens
    • H01B11/10—Screens specially adapted for reducing interference from external sources
    • G—PHYSICS
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    • G01D11/30—Supports specially adapted for an instrument; Supports specially adapted for a set of instruments
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B7/00—Insulated conductors or cables characterised by their form
    • H01B7/16—Rigid-tube cables

Definitions

  • the invention relates to a rigid electrical connection with high immunity vis-à-vis the electromagnetic radiation comprising a rigid metal tube in which are guided several electrical connection cables.
  • a particular field of application of the invention is that of multi-channel sensors with several electrical connection cables connected to respective measurement probes housed in a sensor head.
  • the connecting cables convey signals from the probes to circuits for processing and operating these signals.
  • a rigid electrical connection with high immunity against electrical radiation may then be required to facilitate assembly and protect the connection cables against possible damage and against electromagnetic disturbances likely to affect the electrical signals conveyed.
  • such rigid connections with high immunity are known, for example for multi-speed sensors for rotational speeds of turbine engine shafts, in particular gas turbine engines.
  • Measuring probes are arranged facing an encoder wheel rotatably connected to the low pressure turbine shaft for supplying signals measuring the speed of rotation of the shaft over several measurement channels.
  • the electrical connection cables connected to the measurement probes are housed in a steel metal tube, one end of which is connected to a sensor head positioned in a support near the encoder wheel.
  • the metal tube which may be several tens of centimeters long, is guided for example along an engine support arm and is subjected to an elastic restoring force to maintain the sensor head and the probes in a desired position.
  • connection cable is protected against electromagnetic interference by a low frequency shielding (BF) and shielding high frequency (HF) in the form of concentric layers or metallic braids.
  • BF low frequency shielding
  • HF shielding high frequency
  • the RF shielding of the cables must be connected to the electrical ground by connection with the metal tube or a part connected to it.
  • Terminal lugs for the RF shields must be provided, as well as lug fasteners, and welding operations must be performed, which is a sizeable fraction of the cost of the rigid electrical connection.
  • the object of the invention is to provide a rigid electrical connection with high immunity to electromagnetic radiation of simplified construction and construction and at a cost much lower than that of the known rigid connections mentioned above.
  • This object is achieved by means of a rigid connection comprising a plurality of electrical connection cables guided in a rigid metal tube, a connection in which, according to the invention, the inner surface of the tube is in intimate electrical contact with an internal lining made of a good conducting material. electric to form a high-frequency shield for the entire electrical connection.
  • the inner liner is advantageously formed by a tube coupled to the rigid metal tube.
  • the coupling of the tubes can be carried out mechanically by crimping or by brazing.
  • the inner lining is a metal lining formed at least mainly of copper and / or aluminum.
  • the electrical connection cables are guided in housings formed in a profiled piece extending inside the rigid tube along it.
  • the housings are advantageously distributed around the periphery of the profiled piece and thus also provide a function of holding the electrical connection cables apart from each other.
  • the profiled piece is made of a flexible material, for example a flexible plastic material, and thus ensures also a damping function vis-à-vis vibration undergone by the rigid metal tube.
  • the flexible material profile may contain metal charges that contribute to immunity to electromagnetic radiation.
  • the subject of the invention is also a sensor with several measurement channels, in particular a rotational speed sensor of a turbomachine shaft, comprising a plurality of measurement probes housed in a sensor head and a rigid electrical connection as defined above. and connected at one end to the sensor head for guiding electrical connecting cables connected respectively to the measurement probes.
  • FIG. 1 is a very schematic view of a turbomachine shaft speed sensor using a rigid electrical connection
  • FIG. 2 is a cross-sectional view on an enlarged scale illustrating an embodiment of a rigid electrical connection according to the invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an alternative embodiment of the electrical connection of FIG. 2.
  • the invention finds particular application for multichannel sensors for guiding and protecting electromagnetic radiation from electrical connection cables connected to measurement probes housed in a sensor head.
  • An example of such a sensor used as a rotational speed sensor of a turbomachine shaft is illustrated very schematically in FIG.
  • each probe comprises a pole piece 8 forming, with a permanent magnet and the toothed wheel, a magnetic circuit whose air gap, between pole piece and wheel, varies with the running frequency of the teeth of the wheel in front of the wheel. probe.
  • a coil mounted on the pole piece provides a signal representative of the speed of rotation.
  • sensors of other type for example capacitive type, can be used.
  • the signals collected by the coils of the measurement probes are conveyed by respective electrical connection cables guided in a rigid tube 10, such as a metal tube, and forming therewith a rigid electrical connection.
  • the tube is connected at one end 10a to the sensor head 2.
  • the tube 10 can be subjected to an elastic restoring force in order to maintain the sensor head in the desired position on its support, with respect to the control wheel 4.
  • the electrical connection cables 12 leave the tube 10 at the end 10b to be connected to circuits (not shown) for processing and operating the signals of the measurement probes.
  • the electrical connection cables could be connected to a connector located at the end 10b of the tube 10.
  • two measurement channels may be for a full authority control circuit (FADEC) of the engine and an additional channel may be for providing flight information to the cockpit.
  • FADEC full authority control circuit
  • FIG. 1 One embodiment of rigid electrical connection according to the invention is illustrated in FIG. 1
  • the electrical connection cables 12 each comprise two conductors 14 forming a two-wire link.
  • the conductors 14 may be traditional commercial BF shielded conductors. They are for example housed in an insulating flexible tubular casing 16 with, optionally, filiform elements 18 wedging arranged parallel to the conductors.
  • a shielding BF 20, for example in the form of a tinned copper or nickel-plated braid or stainless steel is disposed on the insulating casing 16 and is itself covered by an insulating flexible tubular casing 22 forming the outer casing of the connecting cable 12.
  • the cables 12 are advantageously guided inside the rigid tube 10 being arranged in housings 24 of a section 26 of flexible material such as a plastic material, for example silicone.
  • the profile 26 extends along the tube 10, with the housing 24 formed at its periphery substantially at equal distances. The profile 26 thus provides a function for guiding the cables 12, holding them in spaced apart positions (limiting interference between the measurement channels), and vibration damping, by its flexible nature.
  • a lining 28 covers the inner surface of the tube 10, the lining 28 being metallic, typically consisting, at least essentially, of copper and / or aluminum.
  • the tube 10 is preferably metallic, for example steel, and the liner 28 is in intimate electrical contact with the tube 10 to form therewith a low electrical conductivity assembly constituting an efficient RF shield.
  • the liner 28 may be formed by an inner metal tube which is intimately coupled to the inner surface of the tube 10.
  • the coupling between the two tubes may be made by crimping, for example by insertion of the inner tube 28 into the tube 10 and drawing of this last. Coupling can also be achieved by soldering.
  • the profiled piece 26 made of plastic material can be loaded with metal particles, helping to perfect the shielding of the cables 12.
  • Figure 3 shows a rigid connection which differs from that of Figure 2 in that it comprises 4 cables 12 guided in housing 24 of a profile flexible 26, inside the tube 10 provided with the inner metal lining 28, the housing being regularly distributed at the periphery of the section 26.

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Abstract

Plusieurs câbles de liaison électrique (12) sont guidés dans un tube rigide (10), dont la surface intérieure est en contact électrique intime avec une garniture interne (28) en matériau bon conducteur électrique, tel qu'aluminium ou cuivre, pour former un blindage haute-fréquence pour l'ensemble de la liaison électrique. La garniture interne (28) peut être formée par un tube métallique couplé au tube rigide (10), par exemple par sertissage ou brasage. Les câbles (12) sont avantageusement guidés dans des logements (24) formés dans une pièce profilée (26), par exemple en matière plastique souple, s'étendant à l'intérieur du tube rigide (10) le long de celui-ci.

Description

Liaison électrique rigide à haute immunité.
Arrière-plan de l'invention
L'invention concerne une liaison électrique rigide à haute immunité vis-à-vis du rayonnement électromagnétique comportant un tube métallique rigide dans lequel sont guidés plusieurs câbles de liaison électrique.
Un domaine particulier d'application de l'invention est celui de capteurs multivoies avec plusieurs câbles de liaison électrique connectés à des sondes de mesure respectives logées dans une tête de capteur. Les câbles de liaison acheminent des signaux des sondes vers des circuits de traitement et d'exploitation de ces signaux. Pour diverses raisons, notamment d'encombrement ou d'environnement local difficile ou hostile, il peut être nécessaire de disposer les circuits de traitement et d'exploitation des signaux à une certaine distance des sondes de mesure. Une liaison électrique rigide à haute immunité contre le rayonnement électrique peut alors être requise pour faciliter le montage et protéger les câbles de liaisons contre d'éventuels endommagements et contre des perturbations électromagnétiques susceptibles d'affecter les signaux électriques acheminés.
On connaît dans l'état de la technique de telles liaisons rigides à haute immunité, par exemple pour des capteurs multivoies de vitesse de rotation d'arbres de turbomachines, en particulier de moteurs à turbine à gaz. Des sondes de mesure sont disposées en regard d'une roue codeuse solidaire en rotation de l'arbre de turbine basse pression pour fournir sur plusieurs voies de mesure des signaux représentatifs de la vitesse de rotation de l'arbre. Dans une configuration connue et utilisée couramment pour des moteurs d'avion à turbine à gaz, les câbles de liaison électrique reliés aux sondes de mesure sont logés dans un tube métallique en acier dont une extrémité est reliée à une tête de capteur positionnée dans un support à proximité de la roue codeuse. Le tube métallique, qui peut avoir plusieurs dizaines de centimètres de long est guidé par exemple le long d'un bras de support du moteur et est soumis à une force de rappel élastique pour maintenir la tête de capteur et les sondes dans une position voulue. Chaque câble de liaison est protégé des perturbations électromagnétiques par un blindage basse fréquence (BF) et un blindage haute fréquence (HF) sous forme de couches ou tresses métalliques concentriques. A chaque extrémité de la liaison, les blindages HF des câbles doivent être connectés à la masse électrique par liaison avec le tube métallique ou une pièce reliée à celui-ci. Des cosses formant bornes de connexion pour les blindages HF doivent être prévues, ainsi que des pièces de fixation des cosses, et des opérations de soudure doivent être réalisées, ce qui représente une fraction assez importante du coût de la liaison électrique rigide.
Obiet et résumé de l'invention
L'invention a pour but de fournir une liaison électrique rigide à haute immunité vis-à-vis du rayonnement électromagnétique de construction et réalisation simplifiées et d'un coût bien inférieur à celui des liaisons rigides connues évoquées plus haut. Ce but est atteint grâce à une liaison rigide comprenant plusieurs câbles de liaison électrique guidés dans un tube métallique rigide, liaison dans laquelle, conformément à l'invention, la surface intérieure du tube est en contact électrique intime avec une garniture interne en matériau bon conducteur électrique pour former un blindage haute-fréquence pour l'ensemble de la liaison électrique.
On supprime ainsi la nécessité de munir chaque câble de liaison d'un blindage HF respectif et de relier les différents blindages HF à la masse électrique.
La garniture interne est avantageusement formée par un tube couplé au tube métallique rigide. Le couplage des tubes peut être réalisé mécaniquement par sertissage ou être réalisé par brasage.
Avantageusement encore, la garniture interne est une garniture métallique formée au moins principalement de cuivre et/ou d'aluminium.
De préférence, les câbles de liaison électrique sont guidés dans des logements formés dans une pièce profilée s'étendant à l'intérieur du tube rigide le long de celui-ci.
Les logements sont avantageusement répartis à la périphérie de la pièce profilée et assurent ainsi également une fonction de maintien des câbles de liaison électrique écartés les uns des autres. Avantageusement encore, la pièce profilée est en matière souple, par exemple en matière plastique souple, et assure ainsi également une fonction d'amortissement vis-à-vis de vibrations subies par le tube métallique rigide.
Le profilé en matière souple peut contenir des charges métalliques contribuant à l'immunité vis-à-vis du rayonnement électromagnétique.
L'invention a encore pour objet un capteur à plusieurs voies de mesure, notamment un capteur de vitesse de rotation d'un arbre de turbomachine, comportant plusieurs sondes de mesure logées dans une tête de capteur et une liaison électrique rigide telle que définie plus haut et reliée à une extrémité à la tête de capteur pour guider des câbles de liaison électrique connectés respectivement aux sondes de mesure.
Brève description des dessins
D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description faite ci-après, à titre indicatif mais non limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels ;
- la figure 1 est une vue très schématique d'un capteur de vitesse de rotation d'arbre de turbomachine utilisant une liaison électrique rigide ; - la figure 2 est une vue en coupe transversale à échelle agrandie illustrant un mode de réalisation d'une liaison électrique rigide selon l'invention ; et
- la figure 3 est une vue en coupe transversale illustrant une variante de réalisation de la liaison électrique de la figure 2.
Description détaillée de modes de réalisation de l'invention
L'invention trouve une application particulière pour des capteurs multivoies pour le guidage et la protection vis-à-vis du rayonnement électromagnétique de câbles de liaison électrique reliés à des sondes de mesure logées dans une tête de capteur. Un exemple d'un tel capteur utilisé comme capteur de vitesse de rotation d'un arbre de turbomachine est illustré très schématiquement par la figure 1.
Plusieurs sondes de mesure (trois dans l'exemple illustré) sont logées dans une tête de capteur 2 qui est reçue dans un support fixe (non représenté) de manière à être positionnées en regard d'une roue codeuse 4. La roue 4 est solidaire en rotation d'un arbre 6 de turbomachine dont la vitesse de rotation est à mesurer, par exemple un arbre de turbine basse-pression d'un moteur d'avion à turbine à gaz. Le capteur est par exemple du type magnétique à reluctance variable. De façon bien connue, chaque sonde comprend une pièce polaire 8 formant, avec un aimant permanent et la roue dentée, un circuit magnétique dont l'entrefer, entre pièce polaire et roue, varie à la fréquence de défilement des dents de la roue devant la sonde. Une bobine montée sur la pièce polaire fournit un signal représentatif de la vitesse de rotation. Bien entendu, des capteurs d'autre type, par exemple de type capacitif, peuvent être utilisés.
Les signaux recueillis par les bobines des sondes de mesure sont acheminés par des câbles respectifs de liaison électrique guidés dans un tube rigide 10, tel qu'un tube métallique, et formant avec celui-ci une liaison électrique rigide. Le tube est relié à une extrémité 10a à la tête de capteur 2. A son autre extrémité 10b, le tube 10 peut être soumis à une force de rappel élastique afin de maintenir la tête de capteur en position voulue sur son support, par rapport à la roue codeuse 4. Les câbles de liaison électrique 12 sortent du tube 10 à l'extrémité 10b pour être reliés à des circuits (non représentés) de traitement et d'exploitation des signaux des sondes de mesure. En variante, on pourrait relier les câbles de liaison électrique à un connecteur situé à l'extrémité 10b du tube 10. Dans le cas d'un capteur de vitesse de rotation d'arbre de turbine basse pression de moteur à turbine à gaz, deux voies de mesure (dont une redondante) peuvent être destinées à un circuit de commande à pleine autorité (FADEC) du moteur et une voie supplémentaire peut être destinée à fournir une information de vitesse au poste de pilotage.
Un mode de réalisation de liaison électrique rigide selon l'invention est illustré par la figure 2.
Les câbles de liaison électrique 12 (ici au nombre de trois) comportent chacun deux conducteurs 14 formant une liaison bifilaire. Les conducteurs 14 peuvent être des conducteurs blindés BF traditionnels du commerce. Ils sont par exemple logés dans une enveloppe tubulaire souple isolante 16 avec, éventuellement, des éléments filiformes 18 de calage disposés parallèlement aux conducteurs. Un blindage BF 20, par exemple sous forme d'une tresse en cuivre étamé ou nickelé ou en acier inoxydable est disposé sur l'enveloppe isolante 16 et est lui-même recouvert d'une enveloppe tubulaire souple isolante 22 formant l'enveloppe externe du câble de liaison 12.
Les câbles 12 sont avantageusement guidés à l'intérieur du tube rigide 10 en étant disposés dans des logements 24 d'un profilé 26 en matière souple tel qu'une matière plastique, par exemple du silicone. Le profilé 26 s'étend le long du tube 10, avec les logements 24 formés à sa périphérie sensiblement à égales distances. Le profilé 26 assure ainsi une fonction de guidage des câbles 12, de maintien de ceux-ci dans des positions écartées (limitant les interférences entre les voies de mesure), et d'amortissement de vibrations, par sa nature souple.
Pour apporter une immunité dans le domaine HF, une garniture 28 recouvre la surface intérieure du tube 10, la garniture 28 étant métallique, typiquement constituée, au moins pour l'essentiel, de cuivre et/ou aluminium. Le tube 10 est de préférence métallique, par exemple en acier, et la garniture 28 est en contact électrique intime avec le tube 10 pour former avec celui-ci un ensemble à faible conductivité électrique constituant un blindage HF efficace.
La garniture 28 peut être formée par un tube métallique interne qui est couplé intimement à la surface intérieure du tube 10. Le couplage entre les deux tubes peut être réalisé par sertissage, par exemple par insertion du tube interne 28 dans le tube 10 et étirage de ce dernier. Le couplage peut aussi être réalisé par brasage. On pourrait aussi envisager de former la garniture 28 par dépôt métallique sur la surface intérieure du tube 10. Comme le montre la figure 2, le profilé 26 occupe pratiquement tout le volume interne du tube 10 muni de la garniture 28, et les logements 24 s'ouvrent à la périphérie du profilé 26, mais avec des ouvertures 24a de largeur de préférence inférieure au diamètre des câbles 12. Ceux-ci sont donc retenus dans leurs logements. La pièce profilée 26 en matière plastique peut être chargée de particules métalliques, contribuant à parfaire le blindage des câbles 12.
Bien que l'on ait envisagé plus haut une application à un capteur de vitesse de rotation d'un arbre de turbomachine, une liaison rigide à haute immunité selon l'invention peut être utilisée dans d'autres applications dès lors qu'un guidage de plusieurs câbles de liaison électrique et leur immunisation vis-à-vis de perturbations électromagnétiques sont nécessaires.
Bien entendu, le nombre de câbles 12 peut être différent de 3. Ainsi, la figure 3 montre une liaison rigide qui se distingue de celle de la figure 2 en ce qu'elle comprend 4 câbles 12 guidés dans des logements 24 d'un profilé souple 26, à l'intérieur du tube 10 muni de la garniture métallique intérieure 28, les logements étant répartis régulièrement à la périphérie du profilé 26.

Claims

REVENDICATIONS
1. Liaison électrique rigide à haute immunité vis-à-vis du rayonnement électromagnétique comprenant plusieurs câbles de liaison électrique (12) guidés dans un tube rigide (10), caractérisée en ce que la surface intérieure du tube (10) est en contact électrique intime avec une garniture interne (28) en matériau bon conducteur électrique pour former un blindage haute-fréquence pour l'ensemble de la liaison électrique.
2. Liaison selon la revendication 1, caractérisée en ce que la garniture interne (28) est formée par un tube métallique couplé au tube rigide (10).
3. Liaison selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les tubes (10, 28) sont couplés par sertissage.
4. Liaison selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que les tubes (10, 28) sont couplés par brasage.
5. Liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que la garniture interne (28) est au moins essentiellement en cuivre et/ou en aluminium.
6. Liaison selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce que les câbles (12) sont guidés dans des logements
(24) formés dans une pièce profilée (26) s'étendant à l'intérieur du tube rigide (10) le long de celui-ci.
7. Liaison selon la revendication 6, caractérisée en ce que lia pièce profilée (26) est en matière plastique souple.
8. Liaison selon la revendication 7, caractérisée en ce que la matière plastique souple contient des charges métalliques.
9. Capteur à plusieurs voies de mesure comportant plusieurs sondes logées dans une tête de capteur et une liaison électrique rigide selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dont une extrémité est reliée à la tête de capteur pour guider des câbles de liaison électrique respectivement connectés aux sondes de mesure.
10. Capteur de vitesse de rotation d'un arbre de turbomachine à plusieurs voies de mesure, comportant plusieurs sondes de mesure logées dans une tête de capteur destinée à être placée en regard d'une roue codeuse couplée en rotation à l'arbre de la turbomachine et une liaison électrique rigide selon l'une quelconque des revendications 1 à 8 dont une extrémité est reliée à la tête de capteur pour guider des câbles de liaison électrique respectivement connectés aux sondes de mesure.
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