Brevet FR2012518A1 — publié le 19700320

La présente invention concerne un interrupteur électronique de proximité du type comportant un circuit oscillant qui peut être amorti par rapprochement d'un objet con ducteur et dont l'amortissement provoque le déclenchement d'un chan gement de signal, l'invention ayant trait, plus particulièrementD à une forme particulière de génération d'oscillations. On connaît déjà des interrupteurs de proximité dans lesquels le comportement d'oscillation d'un oscillateur à excitation automatique est influençable par le rappro chement d'un objet conducteur. Une bobine d-'oscillateur produit des courants de Boucault dans l'objet conducteur et l'oscillateur est amorti en fonction des pertes produites. le couplage de réaction existant entre la bobine de l'oscillateur et unie bobine de couplage de réaction varie lorsqu'un objet conducteur,-par exemple une type, arrive à proximité des bobines disposées dans une tête d'explora tion d'un tel interrupteur de proximité. l'amplitude des oscilla- tions de l'oscillateur sert de tension de commande-pour un étage d' exploitation de signaux ou de travail branché en aval. Cet étage d' exploitation peut avoir un comportement bistable en étant agencé d' une façon particulière; il se produit un.changement de signaux à la sortie de l'étage de travail pour unesamplitude déterminée des oscillations. L'étage de travail est branché, généralement, en série à un étage d'amplification et, depuis le rapprochement de 1' objet conducteur jusqu'à l'éloignement exactement déterminé par rapport à la t8te d'exploration pourvue de l'interrupteur de proximité, son signal de sortie passe par exemple de la condition d"'arrêt" à la condition de "marche". Pour caractériser un interrupteur de proximité, il faut déterminer à quel éloignement de l'objet ce processus de commande est déclenché ou, en d'autres termes, quel doit être le rapport entre l'éloignement de commande et le diamètre de la tête d'exploration. les oscillateurs à excitation automatique des interrupteurs de proximité de types connus fonctionnent avec un couplage de réaction inductif relativement puissant.L'amortisse ment de l'oscillateur et, par conséquent, le changement de signal à la sortie de l'interrupteur de proximité s'effectue par variation du couplage de réaction sous l'effet des pertes par courant de Poucault Ces interrupteurs de proximité ne réagissent qu'à de faibles valeurs de l'élognement de commande et ils conviennent, par conséquent, pour des applications dites à intervalle et dans lesquelles un objet conducteur déclenche le processus de commande lorsqu'il est amené dans un intervalle existant entre la bobine d'oscillateur et la bobine de couplage de réaction, par exemple une barrette de commande. L1invention a pour but de réaliser un interrupteur de proximité pouvant être déclenché même dans le cas d'éloignement de commande assez grand et convenant pour des applications dites à "déclenchement par approche frontale". L'invention a pour objet un interrupteur de proximité du type précité, caractérisé par ce qu'il est prévu, pour l'excitation du circuit oscillant, un générateur produisant des impulsions étroites d'explorations présentant une fréquence de répétition qui est inférieure à la fréquence de résonance du circuit oscillant avec, en outre, pour le déclenchement du changement de signal, un étage sollicité par la tension du circuit oscillant. On obtient des résultats particulièrement bons lorsque, suivant une autre caractéristique de l'invent ion, il est prévu, pour le déclenchement du changement de signal, un étage sollicité par le degré d'amortissement de ltoscillation excitée dans le circuit oscillant par les impulsions d'exploration. La description ci-après se rapporte aux dessins ci-joints représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique d'un interrupteur électronique de proximité comportant un circuit oscillant excité par dvs ispulsionst -Ila figure 2 est un schéma du circuit d'un interrupteur électronique de proximité selon l'invention, - la figure 3 montre une disposition d'une bobine de couplage et d'une bobine de circuit oscillant d' un interrupteur électrpnique de proximité sur un noyau à coquilles, - la figure 4 est un schéma du circuit d'un autre exemple dtinterrupteur électronique de proximité selon l'invention. Dans le circuit de la figure 1, les impulsions d'un générateur Il excitent un circuit oscillant 12 ; ces oscillations sont redressées dans un étage de redressement 13 et elles sont intégrées ensuite à l'aide d'un intégrateur 14 ; la tension ainsi obtenue excite unétage d'exploitation 15 à comporte ment de commande bistable; cet étage d'exploitation 15 commande un étage terminal 16 qui peut, par exemple, contenir un amplifica- teur de commande associé à un étage de puissances Le dispositif de commande de la figure 2, comporte un transistor unijonction 21 ou un autre élément présentant un comportement de commutation similaire et dont l'élec- trode de commande est reliée par l'intermédiaire d1une résistance 22 un conducteur négatif 25. Entre la seconde base du transistor unijonction 21 et le conducteur positif 23 est branchée une résistance de limitation de courant 26, tandis qu'une bobine de coupla- ge 27-. branchée entre la première base du transistor 21 et le conducteur négatif 25 est montée avantageusement sur un noyau 28 de pr6 férence ferritique (figure 3). Il va de soi que la bobine de couplage ge 27 pourrait, également,être branchée dans le circuit de la seconde base du transistor unijonction 21 et que le circuit de la première base pourrait entre relié à une source de tension de polarisation. Le dispositif de commande de la figure 2 est alimenté en tension continueS par exemple de 12 volt par une source de tension non représentée. Sur le même noyau 28 que celui sur lequel est disposée la bobine de couplage 27, il est prévu une bobine de circuit oscillant 29 dont une borne est reliée au condue- teur négatif 25 tandis que son autre borne est reliée à l'anode d'- une diode 31 servant élément redresseur. Un condensateur de cirn cuit oscillant 32 est branché en parallèle å la bobine 29.Un condensateur de charge 33 est branché entre la cathode de la diode 31 et le conducteur négatif 25g la cathode de la diode 31 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 34 à l'électrode de commande d'un amplificateur semi-conducteur 352 de préférence un transistor à effet de champ; la grille de ce transistor, servant d'électrode de commande, est reliée par une résistance de dérivation 36 au conducteur négatif 25. Entre la source du transistor 35 et le conducteur positif 23 est branchée une résistance 37 tandis qu'une résistance de travail 38 est branchée entre le drain et le conducteur négatif 350 Le drain du transistor 35 à ef- fet de champ est, en outre, relié à la base d'un premier transistor 41 faisant partie d'un étage basculant bistable et dont l'émetteur est connecté à l'émetteur d'un second transistor 42 de l'étage bas- culant.Dans le conducteur commun est branchée une résistance de couplage 4ao Une résistance 44 est branchée entre le collecteur du premier transistor 41 et le conducteur positif 23, tandis qu'il est prévue entre le collecteur du premier transistor et la base du seeond transistor 42 la combinaison-parallèle d'une résistance 46 et d'un condensateur 45.La base du second transistor 42 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 47 au conducteur négatif 250 Le conducteur positif 23 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 48 au collecteur du second transistor 42 de l'étage basculant bis- table, une résistance 49 assurant la liaison avec un transistor 51 de l'étage terminal, tandis qu'une résistance 52 assure la liaison avec le conducteur négatif 250 Le collecteur du transistor 51 est relié par l'intermédiaire d'une résistance 52 au conducteur positif 23, tandis qu'une connexion est établie avec la borne de sortie 54. L'émetteur du transistor est relié au conducteur négatif 25o Sur la figure 3, on a représenté une disposition des bobines 27, 29. Ces bobines sont montées sur le noyau 28, par exemple en forme de coquille, en forme de E ou en forme de cylindre et qui peuvent être constituées de ferrite; cet ensemble est logés en même temps que le reste du circuit dans na bottier 55 qui a une forme cylindrique et qui peut autre rempli d'une résine synthétique coulée.Un corps conducteur 56D par exemple une tôle, peut se rapprocher frontalement de la tête d'exploration de l'interrupteur de proximité, formée par les bobines placées sur le noyau 28S l'objet se déplaçant dans le sens de la flèche. Le dispositif de commande de la figure 2 fonctionne de la manière suivante s lorsque l'interrupteur de proximité a été relié à la source de tension il passe dans la résistance 22 un courant de charge du condensateur 24. Lorsqu'une tension déterminée est atteinte dans le condensateur 24, le tran sistor unijonction 21 est amorcé et le condensateur 24 se décharge dans Sa voie base-émetteur et dans la bobine de couplage 27. Le courant collecteur-émetteur du transistor unijonction 21 est alors limité par la résistance 26.Lorsque le condensateur 24 est déchargé, la voie base-émetteur du transistor 21 se bloque et le cycle de charge recommence, L'impulsion de courant produite lors de l'amor- çage du transistor 21 est transmise par la bobine de couplage 27 et par l'intermédiaire du noyau 28 sous forme d'une impulsion d'exple- ration à la bobine de circuit oscillant 29 et elle enclenche dans le circuit oscillant 29, 32, une oscillation. Cette oscillation est logarithmiquement amortie en correspondance avec les pertes d'amortissement du circuit oscillant0 La fréquence de résonance du circuit oscillant 29, 32 est grande par rapport à la fréquence de répétition des impulsions d'exploration qui sont transmises par l'in- termédiaire de la bobine de couplage 27 au circuit oscillant. Ce n'est que lorsque les oscillations ont été suffisamment amorties dans le circuit oscillant 299 32, qu'une nouvelle impulsion deexploration déclenche un nouveau processus d'oscillation. La fréquence de résonance du circuit oscillant est, par exemple9 comprise entre 50 kHz et 9 la fréquence de répétition des impulsions d'exploration est de 50 à 200 fois inférieure à cette valeur. La tension établie par l'intermé- diaire du circuit oscillant 29, 32 est redresse par la diode 31; le condensateur 33, qui forme avec la résistance 34 un organe d'in- tégration, se décharge jusqu'à une tension moyenne déterminée. Cette tension est suffisamment grande pour rendre conducteur le transis- tor à effet de champ 35 relié par l'intermédiaire des autres éléments de commande0 Il apparat alors à la base du premier transistor 41 de l'étage basculant bistable de type connu, un potentiel positif qui rend conducteur le transistor 41. En conséquence, le second transistor 42 est bloqué et le transistor 51 de l'étage terminal devient conducteur de sorte qu'il apparat à la sortie 54 le signal "arrêt". Lorsqu'on rapproche l'objet conducteur 56 de la tête d'exploration de l'interrupteur de proximité qui comporte les bobines 279 29 disposées sur le noyau 28, cet objet amortit l'impulsion d'exploration et, par conséquent9 l'oscilla- tion établie dans le circuit oscillant 29, 320 Du fait que l'objet conducteur 56 amortit le champ magnétique de couplage entre la bobine 27 et la bobine 28, la première demi-oscillation dans le cir- cuit oscillant 299 32 présente déjà une amplitude plus faible que sans l'amortissement. Egalement, les amplitudes suivantes d'oscillation diminuent rapidement du fait que l'objet conducteur est pla- cé de la même manière dans le champ magnétique de la bobine 29 du circuit oscillant. La tension à la sortie de l'organe d'intégration 33, 349 se stabilise à une valeur moyenne inférieure des oscillant tions redresses par la diode 31. Lorsque l'objet conducteur 56 a été rapproché à une distance déterminée de la t8te d'exploration 27, 28, 29 de l'interrupteur de proximité, la tension fournie par l'organe d'intégration 33, 34 n'est plus suffisante pour maintenir conducteur le transistor à effet de hamp 35. Lorsqu'il passe dans la condition instable, le premier transistor 41 de l'étage basculant bistable est également bloqué, le transistor 42 devient conducteur et le transistor 51 de l'étage terminal est bloqué. On obtient à la sortie 54 le signal "marche". Il est également possible de permuter l'étage d'amplification et l'étage de redressement sans modifier sensiblement le mode de fonctionnement de 1 D interrupteur de proximité. Ainsi, le circuit oscillant 29, 32 peut commander un transistor qui agit alors comme amplificateur de tension alternati- ve et dont le signal de sortie est redressé à l'aide d'une diode. Un étage basculant bistable peut, le cas échéant, exploiter direc- tement la valeur moyenne des oscillations amplifiées et redressées, cette valeur moyenne étant établie par un organe d'intégration. Cet exemple de réalisation est représenté sur la figure 40 Des parties identiques ont été désignées par les mimes références numériques sur les figures 2 et 4. L'extrémité chaude du circuit oscillant 29, 32 est reliée directement à la grille d'un transistor à effet de champ 47. La source du transistor à effet de champ 57 est reliée au conducteur positif 23, tandis que le drain est relié par l'intermédiaire d'une résistance 58 au conducteur négatif 25. Le drain est, en outre, relié à l'anode d'une diode 31 il est prévu, entre la cathode de la diode 31 et le conducteur négatif 25,un condensateur de charge 33 tandis qu'une résis- tance 34 est branchée entre la cathode et la base d'un transistor amplificateur 59.Entre la base du transistor amplificateur 59 et le conducteur négatif 25, il est prévu une résistance d'étalonnage 36? dont la valeur ohmique permet de régler l'éloignement de eommande de l'interrupteur électronique de proximité, et, éventuellement, un autre condensateur servant à filtrer la tension base-émetteur du transistor 59. Le collecteur du transistor amplificateur 59 est re-lié, d'une part, par l'intermédiaire de la résistance du collecteur 62 au conducteur positif 23, et d'autre part, directement à la ba- se du premier transistor 41 de l'étage basculant. Le mode de fonctionnement de cet autre exemple de réalisation a déjà été expliqué plus haut. Suivant une variante de l'invention, le transistor 57 peut assurer, é- galement, en agençant en correspondance le circuit de commande, la fonction de redressement, ce qui permet de supprimer la diode 31. A vantageusement, et surtout dans cette variante, du fait de la sensibilité des composants à l'influence de la température, on n'utilise pas de transistor à effet de champ9 mais un transistor au silicium classique. Du fait que les oscillations du circuit oscillant 29, 32 sont excitées par des impulsions d'exploration dont la durée est réduite par rapport à la période d'affaiblis- sement des oscillations engendrées, le comportement d'oscillation du circuit 29, 32 constitue un paramètre correct pour mesurer l'amortis- sement du circuit.Pour exploiter, comme dans l'interrupteur électronique de proximité selon l'invention, le comportement d'oscillation d'un circuit oscillant amorti pour des processus de commande, on dispose principalement de trois paramètres en ce qui concerne le circuit oscillant s en premier lieu, la fréquence de résonance qui diminue lorsqu'un objet conducteur se rapproche de la tet d'exploration, en second lieu la tension de crête de la première demi- oscillation qui diminue également9 et en troisième lieu, le degré d'amortissement. Il est avantageuse suivant l'invention et comme décrit plus haut, d'exploiter la tension de crête et le degré d'amortissement. L'interrupteur de proximité peut autre construit d'une manière très simple et permettant un fonctionnement très sûr du fait que le degré d amortissement du circuit oscillant 29, 32 et, le cas échéant, l'amplitude de l'impulsion d'exploration, influencent l'étage d'exploitation 35, 41s 42 branché en aval mais il n'est cependant prévu aucun couplage de réaction dans le circuit de commande de la tête d'exploration 27, 28, 29. Pour la même raison, on peut obtenir avec l'interrupteur de proximité9 selon l'invention, une grande sensibilité de réponse ai- si qu'un éloignement de commande favorable. Dans un mode de réali- sation pratique de l'interrupteur électronique de proximité, comportant une t8te d'exploration de 8 mm de diamètre, on a obtenu, par exemple, un éloignement de commande de 10 mm. Bien entendu, l'invention n'est pas limités aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et repré- sentés à partir desquels on pourra prévoir d'autres modes et d'au- tres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de itin- Invention R E V E N D I C A T I O N S 1.- Interrupteur électronique de proximité, comportant un circuit oscillant qui peut être amorti par rapprochement d'un objet conducteur et dont l'amortissement déclenche un changement de signal9 interrupteur caractérisé en ce qu'il est prévu, pour l'excitation du circuit oscillants un générateur d'impulsions étroites d'exploration présentant une fréquence de rd- pétition qui est9 de préférence9 bien inférieure à la fréquence de résonance du circuit oscillant avec, en outre, pour le déclenchement du changement de signal un étage influencé par la tension du circuit oscillant9 interrupteur permettant un déclenchement à plus grande distance et à approche. 2.- Interrupteur de proximité conforme la revendication 1, caractérisé en ce qu'il est prévu pour le déclenchement du changement de signal, un étage influencé par le degré dgamortissement de l'oscillation provoquée dans le cir- cuit oscillant par les impulsions d'exploration. 3.- Interrupteur de proximité conforme aux revendications 1 ou 29 caractérisé en ce qu'il est prd- vu pour le déclenchement du changement de signal, , un étage sensible à la grandeur des amplitudes de tension de l'oscillation exciée dans le circuit oscillant0 4.- Interrupteur de proximité conforme à l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la fréquence de résonance du circuit oscillant est d'environ 50 à 200 fois supérieure à la fréquence de répétition des impulsions d'exploration. 50- Interrupteur de proximité conforme à lune des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'il est prévu comme générateur des impulsions dtexploration un oscillateur de blocages 6.- Interrupteur de proximité conforme à la revendication 5, caractérisé en ce que l'oscillateur de blocage contient, comme élément actif 9 un transistor unijonction. 7.- Interrupteur de proximité conforme à l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les impulsions d'exploration sont appliquées au circuit oscillant par l'intermédiaire dBun organe de couplage inductif et en ce que la tê- te d'exploration de l'interrupteur de proximité contient cet organe de couplages 8e Interrupteur de proximité conforme à l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la tension prise au circuit oscillant est redressées le cas échéant après amplification, et est appliquée par l'intermédiaire d'un organe d'intégration à un circuit de commande sensible à une tension, de préférence un circuit de commande du type basculant. 9.- Interrupteur de proximité conforme à l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce que la tension prise au circuit oscillant est amplifiée dans un étage d'am- pliiication contenant de préférence un transistor à effet de champ, puis est redressée et est appliquée, par l'intermédiaire d'un organe d'intégration, à un circuit de commande sensible à la tension, de préférence un circuit de commande du type basculant. 10.- Interrupteur de proximité suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que la tension pris. à un circuit oscillant est amplifiée et redressée simul- tanément dans un étage d'amplification contenant un seul composant actif et présentant une entrée de forte valeur ohmique,puis est appliquée par l'intermédiaire d'un organe d'intégration à un circuit de commande sensible à la tension, de préférence un circuit de comme mande du type basculant. 11.- Interrupteur de proximité suivant l'une des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que le circuit oscillant est relié, le cas échéant, par l'intermédiaire d'autres éléments de commande, à l'entrée d'un transistor à effet de champ.