Brevet FR2235360A1 — publié le 19750124

La présente invention se rapporte à une barrière photo-électrique comportant en tant que transducteur électro-optique une diode à luminescence reliée à un générateur à haute fréquence et en tant que transducteur opticoélectrique une photodiode à semi-conducteur branchée sur un amplificateur à résonance dont la fréquence de résonance est accordée sur la fréquence du générateur à haute fréquence. Pour effectuer une détection sans contact d'un corps, par exemple sur des installations d'ouvre-porte automatiques, ou d'un objet, par exemple sur des bandes transporteuses ou des organes de machines, on utilise presqu'exclusivement des barrières photo-électriques dans la mesure où des objets métalliques ne peuvent être détectés par les transmetteurs de signaux connus du type inductif. On connatt , pgr la demande de brevet allemand publiée nO 1 564 681, une barrière photo-électrique d 6ype à lumière alternative, à haute fréquence, comportant une diode à luminescence en tant que transducteur électro-optique et une photodiode à semi-conducteur en tant que transducteur opticoélectrique, cette barrière étant insensible à la lumière étrangère et comportant une source lumineuse ayant une durée de vie élevée. La durée de vie de la diode à luminescence à arséniure de gallium utilisée comme émetteur de rayonnement est à peu près égale à celle des composants à semi-conducteur courants. Le rayonnement de la diode à luminescence est modulé au moyen dtune fréquence démission produite par un générateur à haute fréquence. Cela rend la barrière photo-électrique insensible à la lumière étrangère et exclut l'influence d'autres sources lumineuses. Une lentille formant condenseur placée dans l'émetteur assure la production d'un faisceau de rayon sensiblement parallèles qui tombe sur le récepteur et est concentré sur une photodiode au silicium.L'intensité de rayonnement optimale de la photodiode se trouve aux environs de la longueur d'onde de 0,9 , et elle se situe donc dans le domaine de ra yonnement infra-rouge et, par suite, invisible. La tension engendrée par la photodiode pilote un amplificateur à résonance incorporé dans le récepteur, qui ne réagit qu'au rayonnement modulé par la fréquence d'émission. On peut,dans un démodulateur, redresser de fa çon appropriée la tension amplifiée et la transformer, dans un amplificateur de relaxation, en signal binaire. On peut traiter directement ce signal de sortie dans des systèmes électroniques, ou bien l'appliquer, dans des commandes relais et à contacteurs, à un appareil d'alimentation ou de commutation spécial. On peut également utiliser cette barrière photo-électrique comme barrière à réflexion. L'invention vise à simplifier et à perfectionner encore ces barrières photo-élec- triques connues du type à lumière alternative. Pour produire les oscillations, on prévoit en général dans l'émetteur de la barrière photo-électrique, un oscillateur comme générateur à haute fréquence. L'invention est basée sur la constatation que l'on peut utiliser les filtres piézo-céramiques à fréquence fixe connus pour produire les oscillations.- En effet, ces filtres ont une caractéristique d + /df- à pente très raide, ce qui veut dire qu'on obtient une très grande variation de phase pour une variation de fréquence très faible. -En conséquence, selon 11 invention, pour produire des oscillations, le générateur à haute fréquence incorporé- dans l'émetteur de la barrière~photo-électrique comporte un filtre piézo-céramique à fréquence fixe. Grâce à des filtres à fréquence fixe utilises pour produire les oscillations, on obtient un oscillateur à très bonne stabilité de fréquence. Ces filtres à fréquence fixe présentent également un vieillissement très faible et confèrent, par suite, à l'émetteur une très-bonne stabilité sur de longues périodes.La forte variation de phase pour de faibles variations de fréquence, fâcheuse en soi dans les filtres, peut avoir effets perturbateurs dans un- arplifi cateur à résonance , du fait que cet amplificateur n'a qu'le seule fréquence utile. On peut, par conséquent, utiliser égale ment avantageu ement les filtres piézo-céramiques à fréquence fixe comme filtres--de couplage des différents jetages itamplr fication du récepteur. La description détaillée qui va suivre, et le dessin annexé donné à titre d'exemple non limitatif feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure unique du dessin annexé représente schématiquement une barrière photo-électrique du type à lumière alternative selon l'invention. Dans l'émetteur 2, un filtre piézo-céramique à fréquence fixe est désigné par la référence 4, un élément am- plificateur électronique par la référence 8, un amplificateur par la référence 10 , une diode à luminescence-par la référence 12 et un condenseur par la référence 14. Le filtre piézocéramique à fréquence fixe 4, dont le corps céramique comporte une électrode d'entrée 5, une électrode de sortie 6 et une lectrode centrale 7 , constitue avec-l'élément amplificateur électronique-8 qui peut autre, de préférence, un transistor, un oscillateur- dont les impulsions de sortie peuvent autre avantageusement encore amplifiées dans l'amplificateur 10, puis transmises à la diode à luminescence 12.Le filtre piézo-céramique- à fréquence fixe 4 est calculé pour une fréquence fixe souhaité, qui est déterminée essentiellement par la conformation et les dimensions du corps céramique. La diode à luminescence 12 joue alors le roule de transducteur pour les impulsions électriques qui luiront transmises, qu'il transforme en impulsionsde rayon nement- émises à la fréquence de l'oscillateur formé par les comme posants 4 et 8-. Le rayonnement de la diode à luminescence 12 qui est de préférence situé dans le domaine de l'infrarouge, est -fo- ealisé, par exemple par le-condenseur représenté sur la figure sous la forme d'une lentille convexe, et il parVient à un détecteur de rayonnement 22 placé à l'entrée d'un récepteur 20 et monté avec une bobine 24 dans le circuit de commande d'un élément amplificateur électronique 26. le rayonnement est indiqué sur-la figure par une flèche 16. Comme détecteur 22, on peut utiliser, par exemple, une photodiode à semi-conducteur, de préférence une photodiode au silicium , ou encore un photo-élément -à semi-conducteur. En outre, il est possible également dutili- ser comme déteeteur une photo-résistance , un photo-transistor ou un photo-transistor à effet- de champ. La bobine 24, montée en parallèle avec le détecteur, rend le détecteur 22 insensible à la lumière continue. l'élément amplificateur 26 qui peut titre, de préférence, un transistor, est couplé par l'intermédiaire d'un filtre piézo-céramique à fréquence fixe 28 sur l'entrée d'un autre étage amplificateur 30. Le filtre 28 jouant le r81e d'élément de couplage entre les amplificateurs ne laisse passer que les impulsions qui sont à la fréquence de l'émet- teur 2.En dehors du filtre piézo-céramique à fréquence fixe 28 convenant de préférence comme élément de couplage, des circuits de filtre à bobines et m8me des filtres mécaniques conviennent également pour l'agencement selon 1' invention.1' étage amplificateur conformé en amplificateur à résonance,- dont on n'a représenté sur la figure, à des fins de simplification, que 'élément de couplage 28 et l'élément amplificateur électronique 30, peut être encore suivi judicieusement par un autre étage amplificateur comprenant également un élément amplificateur électronique 34 couplé par l'intermédiaire d'un filtre piézo-céramique à fréquence fixe 32.Les impulsions plusieurs fois amplifiées de cette façon sont transmises, par l'intermé diaire-d'un redresseur 36 et d'un amplificateur à tension continue 38, à la sortie 40-de la barrière phot~o-électrique. Sur la sortie 40 peut être branchée, par exemple la bobine 42 & un relais 43 dont le contact 44 peut être prévu pour l'émission d'un signal d'alarme.- -Àu lieu du relais 43, on peut aussi, par exemple, hrancher un -compteur électronique directement sur la sortie 40 de la barrière photo-électrique. En outre, cette sont tie peut également etre reliée à une entrée d'un calculateur pour la conduite de processus industriels. Les filtres piézo-céramiques 28 et 32 prévus, comme éléments de couplage dans les étages amplificateurs 30 et 34 faisant suite au premier étage amplificateur 26, sont plus petits et meilleur marché que les filtres à bobines utilisés dans les barrières photo-électriques connues. Ils permettent par suite, de réaliser la barrière lumineuse avec une structure moins encombrante. -Ils sont conGus, -en outre, pour une fréquence fixe et leur utilisation dans l'amplificateur à résonance du récepteur d'une barrière photo-électriquè à lumière alternative-présente, par suite, l'avantage qu'il n'ya plus lieu d'accorder ces circuits résonants. Comme íl est bien connu, la tension de bruit d'une photodiode à semi-conducteur diminue fortement jusqu'a une fréquence-limiteX puis reste sensiblement constante Bans le cas d'une photodiode au silicium,cette fréquence est d'environ 10 kHz.- La fréquence de l'émetteur 2 de la barrière photo-électrique selon l'invention, et, par suite ,également la fréquence de résonance de l'amplificateur dans le récepteur 20, peuvent donc titre de préférence choisies de façon que la photodiode au silicium 22 se trouvant à l'-entrée du récepteur fonctionne au-dessus de cette fréquence. On obtient, par suite, un rapport signal utile/bruit favorable. R E V EN D I C A T I O N S 1. Barrière photo-électrique comportant en tant que transducteur électro-optique une diode à luminescence reliée à un générateur à haute fréquence et en tant que transducteur opto - électrique un composant à semi-conducteur photosensible suivi d'un amplificateur à résonance dont la fréquence de ré- sonance est accordée sur la fréquence du générateur à haute fréquence, caractérisée en ce que le générateur à haute fréquence comporte, pour produire les oscillations, un filtre piézo-céra moque à fréquence fixe. 2. Barrière photo-électrique selon la revendi caution l comportant plusieurs étages-amplificateurs dans le récepteur, caractérisé en ce que-des filtres piézo-céramiques à fréquence fixe sont intercalés entre les étages amplificateurs en tant qu'éléments de couplage. 3. Barrière photo-électrique comportant une photodiode au silicium à l'entrée du récepteur, caractérisée en ce que la fréquence de résonance de l'amplificateur à réso- nance est choisie au moins égale à la fréquence à laquelle la tension de bruit dé la photodiode au silicium a diminué au dixième de la valeur qu'elle présente à la fréquence nulle.