Brevet FR2035060A1 — publié le 19701218

La présente invention concerne un dispositif de détection de signaux qui permet d'obtenir des signaux de sortie ayant un niveau nécessaire quand l'amplitude des signaux d'entrée qui lui sont appliqués atteint une valeur prédéterminée et elle a traitr 5 plus particulièrement, à. un dispositif permettant de détecter tous états anormaux des circuits électriques de dispositifs d'alarme, de dispositifs de protection ou autres dispositifs analogues telsque des dispositifs de détection de fuites, etc... Comme dispositif classique du type général utilisé dans 10 les cas ci-dessus, on trouve les dispositifs qui utilisent le circuit de Schnitt, et la relation entre les signaux d'entrée et les signaux de sortie dans ces circuits est représentée sur les figo 1A et 1B. Si l'on se réfère au dessin, on voit que lorsque le signal d'entrée atteint une valeur A comme sur la fig. 1A, valeur 15 qui correspond à un niveau de discrimination du circuit de Schmitt, le circuit de Schmitt fonctionne et le signal de sortie de ce circuit atteint brusquement une valeur B et est alors transmis à un instrument tel qu'un relais ou autres. Ce circuit à été utilisé avec divers instruments mais on envisagera ici particulièrement 20 l'instabilité due à l'utilisation des dispositifs précités dans les dispositifs d'alarme, les dispositifs de protection et autres. On va maintenant examiner, en se référant à la fig. 2 sur laquelle est représenté un cas servant d'exemple, la façon selon laquelle se traduisent les perturbations d'éléments de circuits 25 dans de tels dispositifs. La figo 2 montre une partie d'un circuit relatif au cas ou un relais est commandé au moyen d'un circuit transistoriséo Dans ce circuit, quand un court-circuit se produit entre le collecteur et l'émetteur du transistor Tr, le relais Ry est actionné de 30 la même façon que dans le cas où le signal d'entrée dépasse une certaine limite, que le signal d'entrée soit présent ou absent, de sorte qu'un fonctionnement produisant un signal d'alarme ou coupant le courant électrique aura lieu. Dans le cas où, par ailleurs, une discontinuité survient entre le collecteur et l'émetteur, 35 le relais, contrairement au cas précédent, ne fonctionne pas même dans les situations dangereuses ou le signal d'alarme doit être émis ou la source d'énergie débranchée. L'un et l'autre de ces deux types ci-dessus de perturbation sont indésirables mais le premier peut être toléré étant don-40 né que le résultat entraîné par son fonctionnement erroné est 70 09384 2 2035060 conforme au caractère de sécurité du circuit» Par ailleurs, le deuxième type ne peut être toléré étant donné que le résultat entraîné par son fonctionnement erroné est contraire au caractère de sécurité du circuit. 5 La présente invention a été conçue pour que des vies hu maines et des biens ne se trouvent pas dans des conditions plus dangereuses du fait d'une perturbation quelconque d'un élément de circuit, cela en agençant le dispositif, à la différence des cas classiques, de façon telle que le dispositif se trouve toujours 10 dans un seul état même s'il se produit une perturbation ou panne et de manière que cet état unique soit toujours conforme au. caractère de sécurité, c'est-^-dire l'état dans lequel l'alarme ou le débranchement de la source d'énergie électrique ont lieu. 0n va maintenant expliquer les moyens généraux de la pré-15 sente invention en se référant au dessin annexé et en particulier aux figo 3 à 14 de ce dessin dont on peut voir que : la fig. 3 est un schéma synoptique d'un dispositif conforme à la présente invention donné a titre d'exemple; les figo 4 à 7 sont des graphiques représentant respec-20 tivement le signal d'entrée SeE, la tension d'oscillation P.O, le signal de sortie SoSoCoM du circuit mélangeur et une tension de sortie T0S du dispositif représenté sur la fig. 3; la figo 8 montre un autre mode de réalisation de la présente invention; 25 les figo 9 et 10 sont des diagrammes représentant, res pectivement, une tension haute-fréquence normalement induite dans le secondaire d'un transformateur différentiel et une tension produite, en conséquence, au secondaire d'un transformateur de sortie dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 8; 30 les figo 11, 12 et 13 sont des diagrammes représentant une tension mélangée produite dans le secondaire du transformateur différentiel quand une fuite de courant a lieu, une tension d'impulsion produite en conséquence dans le primaire du transformateur de sortie et un courant traversant à ce moment une bobine de dé-35 clenchement, cela dans le mode de réalisation représenté sur la fig» 8; la figo 14 représente, sous une forme synoptique*un autre mode de réalisation de la présente invention0 Si l'on se réfère tout d'abord à la figo 3, on voit que 40 la référence 1 désigne une borne d'entrée et que la référence 2 70 09384 3 2035060 désigne un circuit d'oscillation dont la fréquence d'oscillation est réglée de manière à être suffisamment plus élevée que les harmoniques maximaux du signal d'entrée» La référence 3 désigne un circuit destiné à mélanger ledit signal d'entrée à la tension d'os-5 cillation. La référence 4 se rapporte à un circuit amplificateur qui présente une caractéristique de saturation telle-que, jusqu'à ce que le signal d'entrée atteigne un niveau fixe A' comme sur la fig» 4, il amplifie le signal de façon sensiblement linéaire mais que lorsque le signal dépasse le niveau A', le signal de sortie 10 est maintenu constant à un niveau C, comme on peut le voir sur la figo 7. Le rapport entre la tension de sortie maximale de ce circuit amplificateur et la tension d'entrée est calculé de manière à. être suffisamment plus grand que le facteur d'amplification. La référence 5 désigne une borne de sortie. 15 Le signal d'entrée représenté par x sur la fig. 4 est mélangé à la tension d'oscillation représentée par £ sur la fig. 5, cela au moyen du circuit mélangeur 3, de sorte que le signal de sortie en provenance du circuit mélangeur 3 est une onde z telle que celle représentée sur la fig. 6. Quand un tel signal de sortie 20 du circuit mélangeur est appliqué au circuit amplificateur 4, le signal de sortie du circuit amplificateur se trouve saturé à une certaine'valeur (C sur la fig. 7) de façon telle qu'il ne peut dépasser cette valeur et, de ce fait, on obtient une tension de sortie telle que celle représentée sur la fig. 7. On comprendra, 25 d'après ce qui précède, qu'il n'apparaît aucune composante de fréquence d'oscillation à la borne de sortie du dispositif dans la gamme où le signal d'entrée x est supérieur à une valeur A'. En d'autres termes, il est possible de détecter si le signal d'entrée est supérieur ou non à. la valeur A' suivant que la composante de 30 fréquence d'oscillation est présente ou absente. Si on examine à nouveau la perturbation du circuit, on voit que l'amplitude d'oscillation du circuit d'oscillation est amenée à diminuer ou à s'annuler du fait de la perturbation de l'élément de circuit,, Dans le cas où le gain du circuit amplifi-35 cateur est suffisamment important comparé au rapport entre la tension d'entrée et la tension de saturation C du circuit amplificateur, le niveau de détection A' du circuit est déterminé sensiblement en fonction de la valeur de la tension d'oscillation uniquement, de sorte que même quand les gains respectifs du circuit mélan-40 geur et du circuit amplificateur augmentœfcpar suite de la perturba- 70 09384 4 2035060 tion, le niveau de détection A' n'augmente pas mais que si les gains diminuent, le niveau de détection A' diminue ou la composante de fréquence d'oscillation obtenue à la borne de sortie 5 disparaît,, De ce fait, quelle que soit la partie du circuit du disposi-5 tif qui est concernée.dans n'importe quel type de perturbation ou panne , la composante de fréquence d'oscillation apparaissant à la borne de sortie 5 aura toujours une valeur moindre ou sera amenée à disparaître. Ceci est le même état de signal de sortie que celui ou le signal d'entrée est supérieur au niveau de détection 10 A1 et aucune composante de fréquence d'oscillation n'est présente a la borne de sortie» Par conséquent, le dispositif ne tombe pas (selon la nature de la perturbation ou panne comme c'était le cas de l'exemple déjà cité) dans le même état de sortie que celui où le signal d'entrée est supérieur au niveau de détection A' ou dans le 15 même état de sortie où le niveau A1 n'est pas dépassé, o De ce fait, il est possible de conférer une fonction d'infaillibilité au système d'alarme ou analogue, c'est-à-dire que ce système fonctionnera toujours d'une façon conforme à la sécurité, quelle que soit la perturbation qui est amenée à se produire, 20 cela grâce au circuit détecteur mentionné ci-dessus,, A titre d'un autre mode de réalisation de la présente invention, on va décrire un exemple d'un dispositif de détection de fuites en se référant à la figo 8. Sur cette figure, les références 21 à 28 désignent des 25 éléments formant un circuit d'oscillation haute-fréquence 2f la référence 21 désignant un transistor, les références 22 et 23 désignant des résistances, les références 24 à. 26 désignant des condensateurs, la référence 27 se rapportant à une bobine d'oscillation et la référence 28 désignant un secondaire destiné à ex-30 traire la tension d'oscillation après avoir abaissé cette dernière» La bobine d'oscillation 27 et le secondaire 28 sont couplés par l'intermédiaire d'un noyau en fer de manière à former un transformateur de couplageo On peut régler la sensibilité en faisant varier le coefficient de couplage du secondaire,, La référence 31 dé-35 signe un transformateur différentiel, les références 11 et 12 se rapportent à des conducteurs de distribution traversant un noyau annulaire en fer du transformateur différentiel précité dans le but de détecter tout état anormal de ce dernier» La référence 32 désigne un secondaire^ Quand une fuite a lieu, un courant de désé 70 09384 5 2035060 quilibre apparaît dans les deux conducteurs de distribution 11 et 12, grâce à quoi une tension de 60 Hz est engendrée dans la bobine de secondaire 32. Dans cette bobine de secondaire 32 est aussi engendrée simultanément la tension d'oscillation haute-fréquence four-5 nie par une troisième bobine 33. Les références 41, 42 et 43 désignent des transistors, et les références 44 et 45 se rapportent à des résistances. Les transistors 42 et 43 et la résistance 45 forment un circuit amplificateur 4. Le transistor 41 et la résistance 44 sont respectivement un transistor et une résistance de 10 polarisation en courant continu destinés au transistor 42. Un transformateur de sortie 50,comportant un primaire 46 et un secondaire 47, a une faible impédance et laisse passer le courant d'oscillation haute-fréquence mais s'oppose au passage de l'onde de 60 Hz. Le primaire 46 est formé de manière à avoir une valeur 15 ohmique en courant continu importante,de sorte que tout courant le traversant se trouve réduit et, de ce fait, facilement saturéo Les références 48 et 49 désignent des diodes destinées à redresser un courant haute-fréquence et la référence 51 se rapporte à une bobine de déclenchement dont le rôle est de faire fonctionner un 20 interrupteur de coupure 520 La référence 7 désigne une source de courant continu. On va maintenant expliquer le fonctionnement du dispositif ci-dessus comme suit0 (A) : Cas ou il n'existe pas de fuite i 25 Dans ce cas, aucun courant de déséquilibre n'est créé dans les conducteurs de distribution 11 et 12. Par conséquent, seule une tension haute-fréquence telle que celle représentée sur la figo 9 apparaît dans le secondaire 32 du transformateur différentiel 31 au moyen du troisième enroulement 33 par l'inter-30 médiaire du transformateur de couplage du circuit oscillant haute-fréquence, et cette tension haute-fréquence est amplifiée par le circuit amplificateur 4 et appliquée au primaire 46 du iransforma-teur de sortie 50. Toutefois, du fait de la caractéristique de saturation mentionnée ci-avant de ce transformateur de sortie 50 35 et du gain suffisant assuré au primaire, la tension créée au secondaire 47 devient celle représentée sur la figo 10o Cette tension est alors redressée par les diodes de redressement de courant de fréquence 48 et 49, de manière à être transformée en courant continu qui excite la bobine de déclenchement 51 de manière que l'in-40 terrupteur de coupure 52 soit maintenu à son état fermé0 70 09384 6 2035060 (B) ï Cas ou il survient une perturbation ou une panne. Dans ce cas la tension haute-fréquence présente au secondaire 47 du transformateur de sortie diminue comme décrit précédemment lorsqu'une perturbation ou panne survient à n'importe 5 quel endroit du circuit. En conséquence, le courant d'excitation de la bobine de déclenchement 51 diminue et l'interrupteur de coupure 52 est amené à s'ouvrir. (C) : Cas où une fuite a lieu. Dans ce cas, quand une fuite se manifeste, le courant de 10 déséquilibre est engendré dans les conducteurs 11 et 12 et une tension mélangée de l'onde de 60 Hz et de la haute-fréquence, comme représenté sur la fig. 11, se trouve par conséquent, créée au secondaire 32 du transformateur différentiel 31. La tension mélangée est amplifiée et il apparaît alorsyau primaire 46 du trans-15 formateur de sortie 50, une tension telle que celle représentée sur la fig. 12, en raison de la caractéristique de saturation du transformateur de sortie0 Par conséquent, la composante de fréquence plus faible de cette tension engendrée ne peut pas traverser le transformateur de sortie 50 et la tension qui traverse ce trans-20 formateur est redressée par les diodes de redressement haute—fréquence 48 et 49, de sorte que le courant qui est amené à traverser la bobine de déclenchement 51 sera tel que celui représenté sur la fig. 13. L'interrupteur de coupure 52 associé à la bobine 51 s'ouvre au point t^ ou le courant a une valeur réduite. 25 En outre, dans le cas ci-dessus, du fait que la forme d'onde de la tension d'oscillation est une onde sinusoïdale, le coefficient d'utilisation de la tension d'impulsion créée au secondaire 47 du transformateur de sortie 50 varie quand l'onde de 60 Hz est mélangée, cela quelque peu en opposition avec l'explica-30 tion précédente des moyens généraux, et sa composante de fréquence plus faible est arrêtée par le transformateur de sortie de manière à être redressée, de sorte que l'on obtient conjointement l'effet provenant de la diminution du courant électrique. Bien que»dans l'exposé qui précède, on se soit référé 35 au cas d'une seule phase, on comprendra que dans le cas de trois phases, il suffirait d'ajouter un autre enroulement en tant qu'enroulement primaire aux enroulements 11 et 12. La fig. 14 montre un autre mode de réalisation de la structure du dispositif représenté sur la figo 3. Sur la fig. 14, 40 la référence 1 désigne une borne d'entrée, la référence 3' désigne 70 09384 7 2035060 un circuit mélangeur, la référence 4' désigne un circuit d'amplification, la référence 5 désigne une borne de sortie et la référence 6 se rapporte à un circuit de rétroaction destiné à créer un déphasage dans le but d'engendrer l'oscillation. Dans ce cir-5 cuit, l'oscillation est créée dans une boucle comprenant le circuit mélangeur le circuit amplificateur et le circuit de rétroaction, et le circuit,dans ce mode de réalisation, joue exactement le même rôle que dans le cas représenté sur la fig. 3, à l'exception que le circuit d'oscillation qui s'y trouve n'est pas néces-10 saire dans le cas présent. En d'autres termes, quand un signal d'une certaine amplitude est appliqué à la borne d'entrée, le cir cuit d'amplification 4' est saturé et l'oscillation prend fin» De ce fait, aucune onde d'oscillation n'apparaît à la borne de sortie 5o En outre, dans le cas où aucune perturbation ou panne 15 n'affecte le circuit, il n'apparaît,de même,aucune onde d'oscilla tion à la borne de sortie 5. 70 09384 8 2035060 REVENDICATIONS I. Dispositif pour détecter tout état anormal d'un circuit électrique caractérisé par le fait qu'il comprend : une borne d'entrée recevant des signaux d'entrée variant suivant une situa-5 tion donnée, une section d'oscillation destinée à créer une tension haute-fréquence suffisamment plus élevée que les harmoniques maximaux desdits signaux d'entrée, une section de mélange destinée au mélange des signaux d'entrée en provenance de ladite borne d'entrée avec une tension d'oscillation en provenance de la-10 dite section d'oscillation, et une section d'amplification destinée à amplifier des signaux de sortie en provenance de ladite section de mélange, la section d'amplification précitée présentant un rapport entre sa tension d'entrée maximale et sa tension de sortie qui est plus grand que le facteur d'amplification de la section 15 d'amplification ainsi qu'une caractéristique de saturation entrée-sortie, de sorte que l'état anormal du signal d'entrée est détecté suivant des variations de la composante de fréquence d'oscillation du signal de sortie en provenance de la section d'amplification. 20 20 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend une borne d'entrée, un circuit mélangeur, un circuit amplificateur destiné à amplifier les signaux de sortie en provenance du circuit mélangeur précité, et un circuit de rétroaction destiné k appliquer à l'entrée une partie des si-25 gnaux de sortie en provenance du circuit d'amplificateur précité» 3» Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comprend:un transformateur différentiel comprenant un noyau de forme annulaire, des conducteurs de distribution traversant le noyau de manière à constituer des conducteurs primai-30 res, et un enroulement secondaire ainsi qu'un troisième enroulement enroulé respectivement autour du noyau; un dispositif de coupure intercalé dans une partie des conducteurs de distribution précités; un circuit oscillant haute-fréquence destiné à fournir une tension haute-fréquence au troisième enroulement précité; une 35 section d'amplification reliée audit enroulement secondaire; et un transformateur de sortie comportant un primaire et un secondaire, le primaire de ce transformateur de sortie recevant un signal de sortie en provenance de ladite section d'amplification de manière que le dispositif de coupure soit actionné par un signal de sortie 40 du secondaire du transformateur de sortie»