Brevet FR2155885A1 — publié le 19730525

L'invention se rapporte à un circuit oscillant pour dé testeur de proximité, comprenant un bobinage dont le champ est partiellement canalisé à l'aide d'un circuit magnétique constitué par un matériau divisé. De tels détecteurs trouvent leurs applications dans le coiptqe, la limitation de la course d'organes de machines, et de façon générale dans tous les cas où, en vue d'éviter l'usure et les déréglages, on souhaite qutun signal soit fourni sans qutaucun contact matériel intervienne entre le circuit électrique à contrôler et l'organe dont la position doit être surveillée. Qn conWalt déjg des détecteurs de proximité dans lesquels il est fait usage d1un oscillateur dont le circuit oscillant com- prend un bobinage dont le champ est partiellement canalisé à l'aide d'un circuit magnétique constitué par un matériau divisé. Dans les circuits de ce type on ne doit pas perdre de vue que le but principal est d'obtenir d'abord une grande sensibilité aux perturbations extérieures, ensuite une certaine amplitude des ligues de fuite dans la région où le champ n'est pas canalisé. Cette constatation est importante car elle amène à la conclusion que la perméabilité apparente (avec fort entrefer) ne doit pas être aussi affectée par la nature du matériau qu'on pourrait le supposer. Le premier objectif est notamment atteint lorsque l'on réalise un circuit oscillant dont le coefficient de surtension est triez élevé, ce qui revient à dire qutil faut augmenter l'inductance propre sans que la résistance évolue dans le mêe sens. Une autre façon de rendre le circuit très sensible aux perturbations est de rendre la fréquence de travail aussi élevée que possible, car les pertes provoquées par la présence d'un matériau métallique dans le champ de la bobine sont une fonction croissant rapidement avec la fréquence. Une troisième façon de fAire que la proximité d1un matériau entraîne une grande perturbation de l'oscillateur est de disposer la section de bobinage servant à obtenir le couplage réactif à un endroit tel, par rapport au reste du bobinage, que le couplage entre ces deux sections soit modifié de façon importante par la prb sence rapprochée d'un matériau métallique. Le second objectif sera atteint d'autant mieux que la forme du circuit magnétique prédisposera à un certain épanouissement des lignes de force à l'extérieur et dans une direction privilégiée. Enfin, on ne doit pas perdre de vue que dans les applica-. tions industrielles on accordera une grande importance à la faculté de reproduire des circuits de façon aussi exacte que possible pour assurer la régularité des performances et une excellente interchangeabilité. I1 a été de pratique courante de constituer le circuit magnétique par un pot cylindrique fermé sur une face frontale, le centre étant occupé par une pièce cylindrique sur laquelle est emmanché le bobinage, et de disposer ce circuit de façon que la partie non occupée par le matériau magnétique soit dirigée vers l'ob- jet à détecter. Malheureusement, ces circuits magnétiques sont généralement étudiés pour répondre à d'autres impératifs tels que de rendre le champ de fuite minimum à laide d'une pièce magnéfiqwMe de fer penture, donc sans entrefer, et ceci pour une énergie haute fréquence extrêmement faible. De plus, ces circuits sont généralement associés à des éléments capacitifs variables en vue de les accorder, de sorte quton nta pas recherché une parfaite reproductibilité. D'ailleurs même si cette identité avait été recherchée on aurait de toutes façons été rapidement limité par la constatation que dans le bobinage les spires se chevauchent de façon aléatoire. Enfin, les dimensions mêmes des pots sont fortement affectées par le type de cuisson choisi pour les matériaux traditionnels, tels que les ferrites fritées. Ltinvention se propose par suite de porter remède aux inconvénients de performances et de réalisation des circuits de ltart antérieur en fournissant un circuit oscillant dont les propriétés nécessaires à une détection sensible et régulière, soient améliorées pour rendre les performances supérieures, et dont la constitution soit étudiée pour assurer une grande régularité de dimensions en cours de fabrication. Selon ltinvention, çe résultat est atteint grâce au fait que le circuit magnétique est constitué par une poudre ferromagné- tique compactée à laide d'un liant isolant pour prendre la forme d'une plaquette dont l'épaisseur est de ltordre du cinquième au huitième du diamètre et sur une face duquel est fixé un bobinage dont les spires sont toutes situées dans un même plan et présentent une prise intermédiaire. Dans une forme de réalisation donnant de meilleurs résultats, la plaquette prend la forme d'un disque sur une face duquel est fixé un bobinage en spirale enroule autour dtune saillie centrale circulaire, dont la hauteur est voisine du diamètre du fil. Selon une forme de réalisation convenant particulièrement pour les circuits dont la distance de détection est élevée, la face du disque sur laquelle est fixé le bobinage présente, en outre, sur la périphérie une portion annulaire dont la hauteur est également voisine du diamètre du fil. D'autres particularités intéressantes apparaîtront dans la description ci-après. Au dessin annexé la Fig. l représente en coupe un circuit oscillant conforme à ceux de l'art antérieur la Fig. 2 représente en coupe un circuit oscillant conforme à un premier mode de réalisation de l'invention la Fig. 3 représente toujours en coupe un circuit oscillant conforme à un second mode de réalisation la Fig. 4 représente le schéma d'un oscillateur associé au circuit selon l'invention la Fig. 5 représente une vue de dessus du circuit magnétique muni de son bobinage. Les circuits oscillants utilisés antérieurement se présentent généralement vus en coupe selon le dessin de la figure 1 ot la partie annulaire du pot est représentée par 11. Cette partie extérieure du circuit est complétée par un fond 1 dtoù s'élève une colonne cylindrique 3 sur laquelle est emmanché un bobinage repré- senté en 2. On voit que ce circuit a une configuration telle que de nombreuses lignes de force se referment à l'intérieur du pot, en traversant la bobine ; ce phénomène ntest pas spécialement bénéfique lorsque l'on a en vue d'exploiter le champ extérieur en le perturbant. De plus, le mode de bobinage est tel que des variations peuvent se produire dans les inductances d'une série de bobines, ce qui amène une importante dispersion des caractéristiques. Enfin, les aléas de fabrication provenant dtune part de la fragilité des ferrites frittées (que lton utilise de façon générale pour bénéficier de leurs propriétés isolantes), dtautre part des tolérances dimensionnelles considérables qui succèdent au processus de cuisson font que même sur le plan technologique ce type de circuit oscillateur ntest pas à conseiller. Une vue en coupe du circuit oscillant selon l'invention est représentée à la figure 2. Ce circuit est constitué par un disque de matière ferro-magnétique sur une face duquel on a fixé par tout moyen convenable un bobinage 12 dont les spires sont touts situées dans le même plan grâce à une conformation en spirale d l'enroulement. I1 est clair que cette disposition évite totalement le chevauchement des spires en même temps quelle bénéficie d'une excellente tenue, si lton dispose les spires dans une poulie à gorge étroite, si lton procède à leur immobilisation, par voie de surmoulage par exemple, ou bien si lton réalise le bobinage à l'aide de circuits imprimés. Dans ce type de réalisation, les lignes de force parasites ne se présentent pratiquement plus de sorte que le maximum de champ possible est disponible sous forme d'épanouissement en regard du bobinage. Une saillie circulaire 5 de hauteur fi, présente au centre du disque, améliore lteffet directif du champ extérieur, tandis qu' une portion annulaire ou couronne 6 (voir figure 3) disposée à la périphérie du disque, permet de minimiser la détection latérale indésirable. Cette détection latérale parasite nta d'ailleurs de sens que pour les circuits oscillants destinés à des détecteurs à grande portée. La détection des objets métalliques situés du côté de la face du circuit ne portant pas la bobine est rendue impossible si ltépaisseur e du disque est suffisante ; celle-ci sera comprise entre le cinquième et le huitième du diamètre d sans descendre toutefois en-dessous de 2 mm. La hauteur h de la saillie 5 et de la couronne 6 sera voisine du diamètre du fil avec lequel on réalise le bobinage 12. Comme on peut le voir au schéma électrique de la figure 4, sur lequel on reviendra ultérieurement, le bobinage présente une prise intermédiaire de potentiel 9, figure 4. Cette prise intermédiaire représentée par 9 sur les figures 3 et 5, joue un r81e très important dans la mesure où sa position détermine d'une part, le rapport de transformation entre les deux sections de bobinage qu' elle réunit, et où, d'autre part, sa situation dans l'espace doit faire participer au maximum la plus petite section Ll, aux perturbations subies par le champ extérieur lorsqutun objet sty présente. Selon l'invention cette prise intermédiaire est située le plus près possible du noyau 5 car la section de bobinage Ll la plus faible participe ainsi simultanément aux variations de flux provoquées dans L2. il a déjà été précisé que l'une des qualités que doit présenter un circuit oscillant pour détecteur de proximité, était un rapport L sur R élevé, ctest-à-dire un fort coefficient de surtension. La méthode utilisée antérieurement consistait à se servir de ferrites pour constituer le circuit magnétique. En fait, on avait en vue de bénéficier de la propriété isolante des ferrites) et de leur haute perméabilité en circuit fermé. Mais cette utilisation entraînait les inconvénients dont il a déjà été question. Pour remédier à ces inconvénients et en prenant en considération la vanité de rechercher une haute perméabilité en présence d'un circuit ouvert, le circuit magnétique est, selon ltin- vention, constitué par une poudre de matériau ferro-magnétique (conducteur ou non) très finement divisée, convenablement agglomérée par un liant qui peut être organique ou minéral pourvu qu'il soit isolant et ne produise que de très faibles pertes aux fréquences utilisées. La masse ainsi obtenue est ensuite rendue compacte dans un moule et soumise éventuellement à une cuisson à très faible température qui n'affecte en rien ses dimensions extérieures assurant ainsi une grande constance des propriétés propres. Le circuit oscillant selon l'invention est avantageusement utilisé avec un composant électronique actif tel qutun transistor ainsi qu'on peut le voir à la figure 4. Le circuit branché entre 1 et 2 sur une alimentation continue présente une différence de consommation selon que ltoscilla- teur oscille ou est amorti. Cette variation de consommation se traduit par une variation de tension aux bornes de la résistance R3 placée en série avec l'alimentation. La présence d'un matériau métallique à proximité de la bobine LI L2 bloque le régime oscillatoire provoquant ainsi la disparition de la différence de potentiel entre les points 4 et 5, Dl étant plus polarisée que la jonction base émetteur du transistor Tl (la caractéristique de la jonction base collecteur d'un transistor dont on n'utilisera pas l'émetteur rend cette différence encore plus sensible). Le courant consommé est essentiellement le courant circulant dans R1. En absence de matériau métallique à proximité de la bobine, le régime oscillatoire est rétabli et il apparaît aux bor nes du bobinage Ll L2, une tension alternative provoquant le dé- blocage du transistor. La diode D1 étant moins passante le courant de base devient plus important, ce qui se traduit par une augmentation du courant d'émetteur et le déplacement du point de fonctionnement. Le courant consommé sera le courant circulant dans RI comme précédemment, auquel surajoutera le courant de collecteur dépendant de l'amplitude du courant de base et du rapport de transformation entre Ll et L2. Ce courant est filtré par ltintermédiaire de la capacité C2. I1 est évident qutun tel circuit oscillant pourrait être utilisé dans des applications où l'on n'aurait pas forcément en vue de produire une commutation liée à la présence dtun objet, mais également dans les cas où l'on voudrait observer d'autres phénomènes à l'aide de capteurs inductifs. Dans ces derniers cas, les variations du phénomène à observer pourraient se traduire par une variation de la fréquence de ltoscillateur, qui ferait ultérieurement l'objet d'une mesure. REVENDICATIONS 1. Circuit oscillant pour détecteur de proximité comprenant un bobinage dont le champ est partiellement canalisé à l'aide d'un circuit magnétique constitué par un matériau divisé, caractEriGé eS : que le circuit magnétique est constitué par une poudre ferre magnétique compactée à laide d'un liant isolant pour prendre la forme dtune plaquette de faible épaisseur sur une face de laquelle est fixé un bobinage dont les spires sont toutes situées dans un même plan et présentent une prise intermédiaire 9. 2. Circuit oscillant selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaquette prend la forme dtun disque 4 sur une face duquel est fixé un bobinage 12 enroulé en spirale autour d'une saillie centrale 5 circulaire dont la hauteur h est voisine du diamètre du fil du bobinage. 3. Circuit oscillant selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la face du disque 4 portant le bobinage 12 présente sur sa périphérie une portion annulaire 6 dont la hauteur est voisine du diamètre du fil. 4. Circuit oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que le bobinage 12 est présenté sous forme de circuit imprimé. 5. Circuit oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la poudre Berro-magnétique est constituée par du fer pur très finement divisé et noyé dans un liant soumis à une cuisson à basse température. 6. Circuit oscillant selon la revendication 1, caractérisé en ce que la prise intermédiaire 9 délimite deux inductances Ll, L2, dont la plus faible est située près du centre. 7. Circuit oscillant selon ltune des revendications 1 ou 6, caractérisé en ce que la prise intermédiaire 9 est reliée par une résistance R2 à l'émetteur dtun transistor Tl dont le potentiel de base 6 est appliqué, d'une part à l'autre extrémité de la section de bobinage formant la faible inductance il par l'intermédiaire d'une diode Dl, d'autre part, au collecteur par l'intermédiaire dune seconde résistance R1.