Brevet FR2010855A1 — publié le 19700220

La présente invention concerne un interrupteur électronique de proximité,comportant une tête d'exploration dans laquelle sont disposées une bobine correspondant à un circuit oscillant et une bobine de réaction, qui sont toutes deux reliées à un oscillateur dont le comportement d'oscillation est influençable par l'approche, de préférence frontale, d'un objet conducteur, et l'invention concerne plus particulièrement l'agencement de la tête d'exploration. On connait des interrupteurs de proximité dans lesquels le comportement d'oscillation d'un oscillateur est influençable par le rapprochement d'un objet conducteur. Dans un tel dispositif, le couplage de réaction,établi par exemple entre une bobine de l'oscillateur et une bobine de réaction, est modifié lorsqu'une tôle arrive à proximité de la bobine d'oscillateur.Une disposition avantageuse du circuit de réaction permet de donner à l'interrupteur de proximité un comportement bistable, de telle sorte qu'il passe de la condition d'arrêt dans la condition de marche,lorsque la tôle se rapproche jusqu'à une distance exactement déterminée Une caractéristique d'un interrupteur de proximité est la distance à laquelle le processus de commande est déclenché par le rapprochement d'une tôle ou d'un autre objet conducteur, à savoir le rapport entre la distance de déclenchement et le diamètre de la tête d'exploration.Les interrupteurs de proximité de types connus présentent seulement de faibles distances de commande,et ils conviennent par conséquent en particulier pour être appliqués dans des cas où le processus de commande est déclenché par engagement d'une tôle ou d'un objet conducteur similaire entre la bobine de l'oscillateur et la bobine de couplage de réaction. L'invention a pour but de réaliser un interrupteur de proximité,qui peut convenir également pour de plus grandes distances de commande et qui est approprié pour être utilisé comme détecteur d'approche frontale L'invention a pour objet un interrupteur de proximité du type précité,caractérisé par ce qu'il est prévu dans la tête d'exploration un noyau magnétique ferritique à peu près en forme de E, la bobine reliée au circuit oscillant étant montée sur l'une des branches extérieures de ce noyau,tandis que l'autre branche extérieure porte la bobi ne de couplage de réaction. La description ci-après se rapporte aux dessins ci-joints représentant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels - La figure 1 représente le circuit d'un interrupteur électronique de proximité à comportement de commande bistable. - La figure 2 montre la disposition de la bobine d'oscillateur et de la bobine de couplage de réaction sur un noyau magnétique en forme de E. Le dispositif de commande de la figure 1 comporte quatre transistors, à savoir un transistor 10 de type npn, qui constitue ,avec deux bobines 11, 12, un oscillateur, un transistor 13 de type pnp,qui sert d'amplificateur de tension alternative à valeur de seuil ,et deux transistors 14, 15 de type npn,servant à la commande d'un dispositif, non représenté, qui peut réagir sélectivement à des impulsions positives ou négatives de commande. Le dispositif de commande de la figure 1 est alimenté en tension continue, par exemple de 12 V, par une source de tension, non représentée.Cette source de tension est reliée à un conducteur positif 17 par l'intermédiaire d'une résistance de filtrage 16,et en outre à un conducteur négatif 18. L'émetteur du transistor 10 est relié,par l'intermédiaire d'une résistance 21 , au conducteur négatif 18, auquel sont également connectés les émetteurs des transistors 14 et 15. La bobine 12 sert de bobine de couplage de réaction pour l'oscillateur ; elle est reliée, par une borne et par l'intermédiaire d'une résistance d'amortissement 19,à la base du transistor 10 de l'oscillateur et ,par son autre borne,d'une part,à un point 23 de potentiel constant et, d'autre part, par l'intermédiaire d'un condensateur 24, à la prise 25 de la combinaison-série de deux résistances 22, 26 qui sont branchées dans le circuit de collecteur de l'amplificateur 13. Pour unie fréquence d'oscillateur de 500 kHz, le condensateur 24 a une capacité par exemple d'environ 100 pF. Entre le premier conducteur positif 17 et le point 23,est branchée une résistance 27,tandis qu'une résistance 28 est connectée entre le point 23 et le con ducteur négatif 18. Le collecteur du transistor 10 de l'oscillateur est relié par l'intermédiaire d'une résistance 32 à la base du transistor 13 et à l'une des bornes d'un circuit oscillant parallèle,qui se compose de la bobine Il et d'un con densateur 13,et qui est relié par son autre borne au premier conducteur positif 17. Les bobines Il et 12 sont cou plées inductivement entre elles. Lorsqu'un objet conducteur, non représenté sur la figure 1, se rapproche, ce couplage peut être diminué jusqu'à ce que,pour un agencement spatial correspondant du dispositif de commande, l'oscillateur 10, 11, 12, 33 cesse d'osciller. Suivant l'invention, il est cependant avantageux dans la plupart des cas de réduire le couplage juste suffisam ment pour que l'oscillateur oscille encore,mais cependant à une amplitude plus faible, comme cela va être précisé dans la suite. En choisissant des paramètres spatiaux et électriques appropriés, on peut résoudre facilement le problème précédent. L'émetteur du transistor-ampli ficateur 13 à valeur de seuil est relié au point de jonction de deux-résistances 35, 36,formant un diviseur de tension et bran chéoe entre le premier conducteur positif 17 et le conducteur né gatif 18, c'est-à-dire soumises à une tension fixe. La résis tance 26 est reliée par une borne à la prise 25 et par son au tre borne à un point de jonction 34,1ui-même relié,par l'inter médiaire de la combinaison-parallèle d'un condensateur de fil trage 37 et de deux résistances 38, 39 branchées en série, au conducteur négatif 18. Le point de jonction 41 de ces résis tances 38, 39 est relié à la base du transistor 140 Entre le premier conducteur positif 17 et le conducteur négatif 181 est branché un condensateur de filtrage 42,tandis que la résistance de filtrage 16 est reliée par un second conducteur positif 43 à la source de tension continue, non représentée sur la figure 1 Le collecteur du transistor 14. est relié à une borne de sortie 44,et également,par l'intermé diaire d'une résistance de collecteur 45,au second conducteur positif 43 et,par l'intermédiaire d'une résistance de limita tion de courant 46,à la base du transistor 15 ; la base du tran sistor 15 est reliée,par l'intermédiaire d'une résistance 47,au conducteur négatif 18. Le collecteur du transistor 15 est relié à une borne de sortie 48 et, par l'intermédiaire d'une résistance de collecteur 49, au second conducteur positif 43. Dans la disposition de la figure 2, est prévu un noyau magnétique 51,se composant par exemple d'une ferrite et présentant avantageusement une forme de E, ce noyau comportant une branche extérieure 52,sur laquelle est montée la bobine Il de circuit oscillant,ainsi qu'une branche extérieure 53 sur laquelle est montée la bobine 12 de couplage de réaction : la branche centrale 54 ne porte pas d'enroulement. Le noyau 51 portant les bobines 11 et 12 constitue la tête d'exploration de l'interrupteur de proximité. La tête d'exploration, ainsi que tout le reste de la structure du circuit représenté sur la figure 1,sont logés dans un boîtier 55, qui peut être par exemple rempli d'une résine synthétique coulée. Un corps conducteur de courant 56, par exemple une tôle, peut se rapprocher frontalement de l'interrupteur de proximité, comme cela est indiqué par des flèches sur la figure 2. Le dispositif de commande de la figure 1 fonctionne de la manière suivante ç on va d'abord supposer que objet conducteur 56 se trouve à un éloignement tel des bobines 11 et 12 que le couplage de réaction est encore suffisant pour satisfaire à la condition d'oscillation de l'oscillateur 10,due sorte que celui-ci oscille à une fréquence de 500 kHz par exemple. Du fait que l'amplitude de la tension appliquée au circuit oscillant 11, 33 dans ce cas est inférieure au potentiel fixe appliqué à l'émetteur du transistor 13, cette tension n'est pas amplifiée par le transistor 13 ; ce transistor reste bloqué du fait que la tension est inférieure à la valeur de seuil nécessaire pour le rendre conducteur.En correspondance, un potentiel négatif est appliqué au point de jonction 41, et par conséquent également à la sortie 48,tandis qu'un potentiel positif est appliqué à la sortie 44 complémentaire (le transistor 14 est bloqué dans ce cas du fait que sa tension émetteur-base est nulle). Lorsque l'objet conducteur 56 s'éloigne des bobines li et 12, le couplage de réaction est renforcé et la tension dans le circuit oscillant 11, 33 augmente légèrement. Pour un éloignement déterminé, cette tension devïent suffisamment grande pour que le transistor amplificateur 13 à valeur de seuil commence à devenir conducteur pour des pointes de tension négative, en produisant à la prise 25 des impulsions de tension. Ces impulsions de tension sont transmises par l'intermédiaire du condensateur 24 au transistor 10 de ltoscillateur,en vue d'assureur un couplage de réaction positive. En conséquence, l'amplitude de la tension dans le circuit oscillant ll, 33 est encore augmentée et la tension est stabilisée à une certaine valeur au bout de deux à trois périodes. Les impulsions de tension apparaissant à la prise 25 atteignent par conséquent,du fait de la saturation du transistor 13, leur valeur maximale,de sorte que des valeurs de tension assez grandes ne peuvent plus être transmises par l'intermédiaire du second circuit de couplage de réaction,quise compose du transistor-amplificateur 13, de la résistance 22 et du condensateur 24. On obtient,dans le condensateur 37, sous l'effet des impulsions de tension, une tension continue ondulée qui rend conducteur le transistor 14,de sorte que la sortie 44 passe dans la condition "arrêt". Des résistances 38 et 39 interviennent dans le cas où le transistor 13 doit déjà conduire un faible courant de collecteur avant d'avoir atteint la tension maximale. La chute de tension dans la résistance 39, qui est provoquée par ce faible courant de collecteur, n'est pas suffisante pour rendre le transistor 14 conducteur.Ce transistor change ainsi de condition de conduction seulement lorsqu'une valeur déterminée de tension est atteinte à la sortie du transistor-amplificateur 13 Ainsi, le transistor 13 remplit dans le circuit plusieurs fonctions, a savoir, une fonction d'amplificateur à valeur de seuil dans le second circuit de couplage de réaction et une fonction de redresseur à valeur de seuil pour le transistor 14. On économise par conséquent une diode particulière. il est cependant également posai ble,par exemple en utilisant des circuits intégrés, de réaliser séparément l'amplificateur et le redresseur. Un avantage important du circuit selon l'invention est que son intervalle de réponse est court, ce qui est obtenu en ce que l'oscillateur du dispositif de commande oscille constamment en cours de marchegde sorte qu'on élimine la période additionnelle qui serait nécessaire pour mettre en oscillation l'oscillateur. Le dispositif de commande fonctionne cependant également d'une manière parfaitement satisfaisante lorsque, sous l'effet d'une approche de l'objet 56, le couplage des bobines 11 et 12 est si fortement réduit que la condition d'oscillation de l'oscillateur n'est plus satisfaisante. En conséquence, la tension dans le circuit oscillant 11, 33 s'annule. On obtient ainsi, pour un dimensionnement approprié du dispositif de commande et en fonction de la distance de rapprochement de l'objet 56, trois conditions stables de commande, à savoir une première condition dans laquelle la tension de l'oscillateur, à savoir la tension dans le circuit oscillant 11, 33, est égal à zéro, une seconde condition dans laquelle cette tension existe,car l'oscillateur oscille mais est cependant trop faible pour rendre conducteur le transistor 13, et une troisième condition sta,ble,dans laquelle l'amplitude de la tension d'oscillateur est suffisamment grande pour rendre conducteur le transistor 13 et par conséquent également le transistor 14. Dans le dernier cas, le transistor 15 est alors bloqué ; la sortie 48 est enclenchée sur "marche". Le, circuit magnétique de la bobine d'oscillateur il qui, comme le montre la figure 2, est monté sur l'une des branches extérieures 52 du noyau magnétique 51, se ferme essentiellement,par l'intermédiaire du volume situé en avant de la tête d'exploration, en direction de la branche 54 centrale non pourvue d'enroulement. Seule une partie du flux magnétique arrive,également par l'intermédiaire du volume situé en avant de la tête d'exploration 51, à l'autre branche extérieure 53 du noyau magnétique 51 et influence,par l'intermédiaire de la bobine 12,le circuit magnétique de couplage de réaction de l'oscillateur Lorsque le corps conducteur 56 se déplace en- direction de l'interrupteur de proximité, il atténue le couplage de réaction de la bobine 11 du circuit oscillant par rapport à la bobine 12 et par conséquent I'amp,litude des oscillations de l'oscillateur. Déjà lorsque le corps 56 est éloigné d'une distance relativement grande de la tête d'exploration 51, l'amplitude des oscillations passe du maximum à zéro, auquel cas l'atténuation précitée s'effectue sur une distance de déplacement assez courte. Du fait de la séparation de la bobine Il et de la bobine 12,et par conséquent du fait que le circuit magnétique est fermé principalement par l'intermédiaire de la branche centrale 54 du noyau magnétique 51, le couplage magnétique est très faible. L'interrupteur de proximité réagit par conséquent d'une manière très sensible à l'approche d'un corps conducteur, à savoir déjà à une distance d'éloignement relativement grande de l'objet conducteur par rapport à la largeur du noyau magnétique 51 en forme de E. On obtient ainsi un avantage important de l'interrupteur de proximité selon l'invention par rapport à d'autres interrupteurs connus.A l'aide de la résistance d'amortissement 19, le couplage de réaction est réglable, selon l'invention, de telle sorte que l'oscillateur oscille encore dans la troisième condition stable décrite plus haut, alors qu'il n'existe plus aucun corps conducteur à proximité. Du fait de sa structure simple, l'interrupteur de proximité selon l'invention peut être avantageusement appliqué à des dispositifs dans lesquels on doit établir une condition de commande en fonction de la position d'un corps conducteur, par exemple une tôle,une paroi de séparation ou une barrette de commande. I1 est particulièrement avantageux de pouvoir utiliser l'interrupteur de proximité selon l'invention comme interrupteur d'approche frontale,réagissant à des éloignements assez grands d'un objet conducteur par rapport à la tête d'exploration. I1 va de soi que la tête d'exploration selon l'invention peut également être utilisée en combinaison avec d'autres dispositifs de commande, ce qui constitue un autre avantage de l'invention. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation ci-dessus décrits et représentés, pour lesquels on pourra prévoir d'autres modes et d'autres formes de réalisation, sans pour cela sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 10) Interrupteur électronique de proximité, du type comportant une tête d'exploration dans laquelle sont disposées une bobine correspondant à un circuit oscillant et une bobine de réaction, qui sont toutes deux reliées à un oscillateur dont le comportement d'oscillation est influen çable par l'approche, de préférence frontale, d'un objet conducteur, notamment pour tête d'exploration, interrupteur caractérisé par ce qu'il est prévu dans la tête d'exploration un noyau magnétique ferritique approximativement en forme de E avec, sur l'une des branches extérieures de ce noyau, la bobine correspondant au circuit oscillant et, sur l'autre branche extérieure de ce noyau, la bobine de couplage de réaction, interrupteur applicable à de plus grandes distances d'approche. 20) Interrupteur électronique de proximité conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'une résistance d'amortissement est branchée en série à la bobine de couplage de réaction. 30) Interrupteur électronique de proximité conforme aux revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oscillateur comporte, en plus du circuit de couplage de réaction formé par la bobine de couplage de réaction et la bobine correspondant au circuit oscillant, un second circuit de couplage de réaction, qui n'entre en action que pour une valeur minimale déterminée de l'amplitude d'oscillateur.