Brevet FR2117770A1 — publié le 19720728

La présente invention se rapporte d'une manière générale à la mesure continue de la vitesse et du sens de déplacement d'un mobile, et concerne plus particulièrement un dispositif électronique perfectionné pour la réalisation de telles mesures, qui comporte dune part un capteur sur lequel 3e mouvement du mcbile agit sans liaison mécanique positive et par lequel sont engendrés des signaux représentant à la os la vitesse et le sens de déplacement du mobile,et d'autre part des circuits électroniques capables d'exploiter lesdits signaux pour en tirer des informations distinctes respectivement relatives à la vitesse et au sens de déplacement. Le dispositif conforme à l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de Hall alimenté sous une polarité déterminée et excité à des intervalles fonction de la vitesse du déplacement du mobile par le défilement d'une paire de pôles magnétiques opposés dont l'ordre de succession est fonction du sens de déplacement du mobile, les signaux à double alternance fournis par ledit générateur étant appliqués par l'intermédiaire d'une voie unique de transmission à des circuits destinés à déterminer d'une part la vitesse et d'autre part le sens du déplacement du mobile, respectivement d'après la fréquence de récurrence et d'après L'ordre de succession des deux alternances desdits signaux. le capteur constitué par le générateur de Hall peut être implanté à poste fixe et être excité par exemple au moyen d'un aimant mobile en rotation ou en translation effectuant périodiquement, en synchronisme avec le déplacement du mobile, un tour ou un aller-retcur complet suivi d'un temps de repos ; ce capteur peut aussi bien être excité par le défilement desdits pôles magnétiques portés à interval3es déterminés par une bande ou autre support linéaire constituant le mobile. Inversement, le capteur peut être monté sur le mobile, par exemple un véhicule ferroviaire, et être excité par lesdits pôles magnétiques balisant son trajet. Quelquesoit le cas, la fréquence de récurrence des signaux fournis par le capteur reflète donc la vitesse du mobile, dont le sens de déplacement est indiqué par l'ordre de succession des deux alternances de chaque signal, lié à l'ordre de défilement des deux pôles magnétiques de chaque paire. Un avantage essentiel de l'invention est de permettre la transmission de la double information ainsi obtenue par l'intermédiaire d'une unique voie de transmission, par exemple un simple conducteur unifilaire ; en outre, la qualité de la voie de transmission n'est pas critique, l'atténuation des signaux ou leur altération par des parasites ne pouvant modifier ni leur fréquence de récurrence, ni l'ordure de succession de leurs deux alternances. Selon un autre aspect essentiel de l'invention, les circuits précités assurant l'exploitation des signaux fournis par le capteur comprennent deux circuits commutateurs astables déclenchés par les variations des signaux précités dans un sens déterminé, le premier pour une durée très inférieure et le second pour une durée supérieure à celle de chacun desdits signaux. Cette disposition permet de différentier avec sûreté les deux informations contenues dans chaque signal fourni par le capteur en effet, chaque signal constitué de deux alternances opposées successives comporte au moins une variation d'amplitude de sens déterminé, à savoir un accroissement ou une décroissance en valeur algébrique, qui peut être sélectivement utilisée pour déclencher les deux circuits commutateurs ; suivant le sens de déplacement du mobile, chaque signal comporte une ou deux variations de son amplitude dans le sens précité, de sorte que le premier circuit commutateur est déclenché une ou deux fois, et donc permet de distinguer le sens de déplacement, tandis que le second ccmmutateur déclenché une seule fois dans les deux cas fournit une seule impulsion tachymétrique Selon un autre aspect essentiel du dIspositif objet de l'invention, les circuits précités pour l'exploitation des signaux fournis par le capteur comprennent un condensateur dont les deux armatures sont respectivement reliées par une première et une seconde résistances à l'un et à l'autre des pôles d'une source de tension continue, le premier et le second circuits commutateurs cités faisant respectivement office d'interrupteur normalement ouvert et d'interrupteur normalement fermé reliant chacun l'une desdites résistances au pôle opposé de ladite source de tension, de manière que ledit condensateur se trouve sélectivement déchargé par une impulsion de courant de polarité déterminée dans le seul cas ou le premier circuit commutateur est deux fois déclenché lors de chaque signal précité, cette impulsion de courant excitant sélectivement un circuit inverseur par lequel sont élaborés des signaux distincts suivant le sens de déplacement du mobile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lecturede la description détaillée qui suit d'un exemple de réalisation préféré illustré par le dessin annexé, sur lequel - la figure 1 représente schématiquement le capteur - la figure 2 illustre sous forme de schéma bloc la structure et le fonctionnement des circuits pour l'exploitation des signaux fournis par le capteur précité ; et - la figure 3 est le schéma détaillé d'un exemple de réalisation des circuits de la figure 2. Le capteur représenté schématiquement sur la figure 1 comprend essentiellement un générateur de Hall H constitué par un cristal semiconducteur dont les extrémités opposées sont reliées par l'intermédiaire de résistances respectives aux deux pôles +U, -U d'une source de tension continue. Deuxfaces latérales du cristal portent des électrodes dont l'une est mise à la masse et dont l'autre constitue la borne de sortie du capteur. Le générateur de Hall H est excité par exemple au moyen d'un aimant tournant A effectuant périodiquement un tour complet suivi d'un temps de repos, en synchronisme avec le déplacement du mobile, et ce dans l'un ou l'autre sens AV, AR, en fonction du sens de déplacement du mobile. Le générateur h pourrait être aussi bien excité par le déplacement en translation d'un aimant A' périodiquement rapproché puis éloigné, ou inversement, du cristal semiconducteur le générateur H pourrait encore être excité par des aimants A' de même orientation relative défilant successivement devant le cristal semiconducteur dans l'un ou l'autre sens. Eien entendu, des moyens d'excitation magnétique équivalant aux aimants A, A' représentés pourraient être également utillsés ; ainsi et par exemple, l'excitation du générateur H pourrait être assurée par le défilement de tcps magnétiques bipolaires portés à intervalles constants sur une bande magnétique défilant à proximité du cristal, ou encore par le champ magnétique engendré par un conducteur disposé entre les rails de roulement d'un véhicule portant le générateur H, ledit conducteur formant périodiquement une chicane ou une paire de boucles inversées. Quelque soit le mode choisi d'excitation du générateur de Hall H, son signal de sortie S se présente sensiblement sous la fcrme d'une période de sinusoïde comportant deux alternances successives de polarités opposées, dont l'ordre de succession correspond au sens de déplacement du mobile. C'est dire que chaque signal S comporte en correspondance une ou deux variations d'amplitude dans un sens déterminé, par exemple et comme indiqué un ou deux fronts négatifs. Cette particularité peut être exploitée par des circuits appropriés, tels ceux schématiquement montrés sur la figure 2, en vue de discriminer le sens de déplacement du mobile, dont la vitesse peut être déterminée simplement par ces mêmes circuits à partir de la fréquence de récurrence des signaux S fournis par le capteur. Comme montré sur la figure 2, les signaux S sont appliqués à l'entrée de deux circuits commutateurs astables 1, 2 qui tous deux sont sélectivement déclenchés par exemple par les fronts négatifs des signaux S ; le premier circuit commutateur 1 ainsi déclenché reste à l'état excité pendant une durée 81 égale à une petite fraction, par exemple le quart, de a durée d'un signal S ; en conséquence, il est déclenché une seule fois ou bien deux fois suivant que le déplacement du mobile s'effectue en avant AV ou en arrière AR.Par ccntre, le second circuit commutateur 2 déclenché reste à l'état excité pendant une durée 82 supérieure à celle d'un signal S ; en conséquence, le circuit comm-ltateur 2 déclenché par un premier front négatif d'un signal S reste insensible à l'arrivée de l'éventuel second front négatif du même signal, et donc n'est déclenché qu'une fois pour chaque signal S, quelque soit le sens de déplacementdu mobile. Dans un but explicatif, les circuits commutateurs 1, 2 ont été représentés comme actionnant respectivement un interrupteur normalement ouvert I1 et un interrupteur normalement fermé I2 l'interrupteur I1 relie au pôle négatif -U d'une source de tension continue une résistance Z í reliée à l'autre pôle +U de cette même source ; inversement, l'interrupteur 12 relie au pôle positif tU de la source une résistance Z2 reliée à son pôle négatif -U. Les deux armatures d'un condensateur C sont respectiverent reliées aux résistances Z1, Z2, et donc aux interrupteurs associés I1, I2. L'armature du condensateur C reliée à la résistance Z2 est par ailleurs reliée d'une part à un circuit inverseur 3 à travers une diode D3, et d'autre part à un circuit tachymétrique 4. le circuit inverseur 3 fournit sortie l'un de deux signaux distincts AV, AR correspondant au sens de déplacement du mobile, tandis que le circuit tachymétrique 4 fournit en sortie un signal V représentatif de la vitesse de déplacement du mobile. Le fonctionnement des circuits décrits est le suivant A l'arrivée du premier front négatif de chaque signal S fournil par le générateur de Hall H, les deux circuits commutateurs 1, 2 sont déclenchés.En conséquence, les interrupteurs I1 et I2 sont simultanément commutés, de sorte que les deux armatures du condensateur C, initialement reliées à la borne +U de la source de tension pat l'intermédiaire de la résistance Z1 et de l'iDter- rupteur I2 fermé respectivement, se trouvent toutes deux reliées à la borne -U de la source par l'intermédiaire de l'interrupteur I1 fermé et de la résistance Z2 respectivement.A l'issue de la durée de déclenchement 61 du circuit commutateur 1, l'interrupteur I1 s'ouvre à nouveau, de sorte que le condensateur C se trouve branché aux bornes de la source de tension à travers les résistances Z1 et Z, ; le condensateur C est donc traversé par une impulsion de charge de polarité positive, qui reste sans effet sur le circuit inverseur 3, enraison de la présence de la diode D3. Dans le cas où le signal S comporte un seul front négatif, (sens AV), le condensateur C reste ainsi chargé jusqutà l'issu de la durée de déclenchement 92 du circuit commutateur 2 ; à ce moment, la fermeture de l'interrupteur I2 permet la décharge du condensateur C par une impulsion de courant de polarité positive, qui bloque la diode D3 et reste donc sans effet sur le circuit inverseur 3. Dans le cas où le signal S comporte un second front négatif (sens AR), le circuit commutateur 1 à nouveau déclenché referme l'interrupteur I1 alors que le condensateur C est encore chargé en conséquence, ce dernier est traversé par une impulsion de courant de décharge de polarité négative qui par l'effet de la chute de tension dans la résistance Z2 porte l'armature correspondante du condensateur C à un potentiel plus négatif que celui de la borne -U de la source de tension ; cette impulsion de courant rend donc passante la diode D3 et par suite excite le circuit inverseur 3. Lorsque le contact I1 s'ouvre à nouveau à l'issuede la durée de déclenchement eî du premier circuit commutateur 1, le condensateur C est à nouveau chargé par une impulsion de courant de polarité positive qui traverse les résistances Z1 et Z2, et donc bloque la diode D3 ; lorsque l'interrupteur I2 se referme à l'issuede la durée de déclenchement 62 du second circuit commutateur 2, le condensateur C est déchargé comme précédemment par unekmpulsion de courant positive restant sans effet sur le circuit inverseur 3. Au total, le circuit inverseur 3 se trouve donc excité dans le seul cas où le premier circuit commutateur 1 est déclenché deux fois à l'arrivée de chaque signal S fourni par le générateur de Hall H. Selon qutil rete au repos ou se trouve excité, le circuit inverseur 3 peut donc fournir deux signaux distincts AV ou AR correspondant respectivement aux deux sens de déplacement du mobile. Par ailleurs, le circuit tachymétrique 4, rormalement court-circuité par l'interrupteur I2, est excité à l'arrivée de chaque signal S. Ce circuit peut donc fournir en sortie un signal V correspondant à la fréquence de récurrence des signaux S, et par suite à la vitesse de déplacement du mobile. La figure 3 donne un exemple concret de la réalisation dels circuitssymboliquement représentésur la figure 2 Les signaux S issus du capteur de la figure 1 sont appliqués par l'intermédiaire d'un condensateur de liaison C1 au premier circuit commutateur 1, essentiellement formé de deux transistors associés QI, Q'1 ; le transistor Q1, polarisé à conduction par une résistance P1, est bloqué à l'arrivée de chaque front négatif du signal S.La disparition de la chute de tension aux bornes de la résistance R1 constituant la charge de collecteur du transistor Q1 porte à conduction le transistor Q'1, normalement bloqué par la tension fournie par un pont diviseur P'1-P"1. le transistor Q'1 constitue l'interrupteur normalement ouvert I1 précédemment mentionné, sa charge de collecteur comprenant d'une part une résistance R'1 et d'autre part la résistance Zî déjà mentionnée, montée en parallèle sur la précédente par l'intermédiaire d'une diode D et raccordée à l'une des armatures du condensateur C. Le collecteur du transistor Q'1 est encore relié par l'intermédiaire d'une diode D' à une troisième résistance de charge R"1, elle-même reliée par l'intermédiaire d'un condensateur C' à l'entrée du second circuit commutateur 2 Ce dernier est essentiellement constitué par un montage univibrateur comprenant deux transistors Q2, Q'2 normalement conducteurs ; la base du transistor Q2 polarisée par une résistance P2 est par ailleurs reliée par une diode D2 au condensateur C' déjà mentionrié, dont l'armature correspondante est maintenue à un potentiel de référence par un porte diviseur de tension S'-S" la base du transistor Q'2 polarisée par une résistance P'2 est en outre reliée par une résistance X"2 à la charge R2 du transistor Q2. le collecteur du transistor Q'2, de type PNP est relié d'une part à la base du transistor Q2 par un circuit à constante de temps R'2-C'2, et d'autre part à une charge constituée par la résistance Z2 déjà mentionnée, laquelle est reliée à l'armature correspondante du condensateur C par une résistance Zut2. La jonction entre ce condensateur et la r-ésistance Z'2 est reliée par l'intermédiaire de la diode D3 déjà mentionnée à l'entrée du circuit inverseur 3 Ce circuit comprend essentiellement un transistor Q3 dont la base commune est directement reliée au pôle -U de la source de tension, son émetteur étant relié par une résistance R3 et la diode D3 au condensateur C ; aux bornes de la charge Z3 du transistor Q3 est montée la jonction émetteur-tase d'un transistor adaptateur Q'3, dont la tension aux bornes de la charge Z'3 polarise la base d'un transistor amplificateur de puissance Q"3. La charge de ce dernier transistor est constituée par un relais électromécanique R3 dont le contact mobile fournit en position de repos le signal AV et en position de travail le signal AR. le relais électromagnétique R3 pourrait bien entendu être remplacé par tout montage électronique équivalent. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et illustré, qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaison et mis en oeuvre dans le cadre des revendications qui suivent. -REVENDICATIONS - 1.- Dispositif pour déterminer la vitesse et le sens de déplacement d'un mobile, caractérisé en ce qu'il comprend un générateur de Hall (H) alimenté sous une polarité déterminée et excité , à des intervalles fonction de la vitesse (V) de déplacement du mobile par le défilement d'une paire de pôles magnétiques opposés (A,A') dont l'ordre de succession est fonction du sens de déplacement (AV/AR) du mobile, les signaux à double alternance (S) fournis par ledit génerateur étant appliqués par l'intermédiaire d'une voie unique de transmission à des circuits (1-4) destinés à déterminer d'une part la vitesse et d'autre part le sens de déplacement du mobile, respectivement d'après la fréquence de récurrence et d'après l'ordre de succession des deux alternances desdits signaux. 2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les circuits (-4) précités comprennent deux circuits commutateurs astables (1,2) déclenchés par les variations des signaux précités dans un sens déterminé, le premier (1) pour une durée ei très inférieure et le second (2) pour une durée 82 supérieure à celle de chacun desdits signaux. 3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les circuits (1-4) précités comprennent un condensateur (C) dont les deux armatures sont respectivement reliées par une première et une seconde résistances (Z1,Z2) à l'un (+U) et/ouà l'autre (-U) des pôles d'une source de tension continue, le premier (1) et le second (2) circuits commutateurs cités faisant respectiverent office d'interrupteur normalement ouvert (I1) et/oud'interrupteur normalement fermé (I2) reliant chacun l'une desdites résistances au pôle opposé de ladite source de tension, de manière que ledit condensateur se trouve sélectivement déchargé par une impulsion de courant de polarité déterminée dans le seul cas où le premier circuit commutateur (1) est deux fois déclenché lors de chaque signal précité. 4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'impulsion de courant précitée excite sélectivement un circuit inverseur (3) par lequel sont élaborés des signaux distincts suivant le sens (AV,AR) de déplacement du mobile. 5.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que le second circuit commutateur (2) cité excite un circuit tachymétrique (4) par lequel est élaboré un signal représentatif de-la vitesse (V) de déplacement du mobile. 6.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 5, caractérisé en'ce que le premier circuit commutateur (1) cité comprend un premier transistor (Q1) normalement conducteur qui est bloqué par les variations du signal (S) dans un sens déterminé et porte alors à conduction vu transistor associé (Q'1) constituant l'interrupteur normalement ouvert (I1)-précité et dont la charge est constituée par la résistance (Z1) précitée. 7.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 à 6, caractérisé en ce que le second circuit commutateur (2) comprend deux transistors (Q2, Q'2) normalement conducteurs montés en univibrateur dont le premier (Q2) est bloqué par les variations du signal (S) dans un'sens déterminé et bloque alors le second transistor(Q'2) constituant l'interrupteur normalement ouvert (I2) précité et dont la charge est constituée par la résistance (Z2) précitée. 8.- Dispositif selon l'ensemble des revendications 6 et 7, caractérisé en ce que le second circuit commutateur (2) est déclenché par l'action du premier circuit commutateur (1). 9.- Dispositif selon ltensemble des revendications4, 6 et 7, caractérisé-en ce que le circuit inverseur (3) comprend un transistor (Q3) dont l'émetteur est relié éventuellement à travers dune diode (D3) à l'armature du condensateur (C) reliée à l'un des pôles (-U) de la source de tension par la résistance de charge (Z2) du second circuit commutateur (2) et dont la base est directement reliée à ce même pôle, le courant de collecteur dudit transistor assurant, après amplification éventuelle, l'excitation d'un relais inverseur électromécanique (R3) ou d'un montage électronique équivalent par lequel sont fournis des signaux distincts suivant le sens (AV,AR) du déplacement du mobile.