Brevet FR2245997A1 — publié le 19750425

La présente invention concerne des dispositifs indicateurs à asservissement comportant des transducteurs sensibles à la chaleur, la pression, l'effort, et autres conditions d'environnement à mesurer ou-à commander. Les dispositifs de commande connus, comportant des sources- incandescentes de lumière, des transducteurs photo-sensibles et des éléments de commande de lumière, souffrent d'une stabilité et d'une précision à long terme faibles, en raison du vieillissement du transducteur et de la source de lumière. Ce vieillissement provoque une dérive des paramètres de sortie et d'entrée de ces dispositifs, conduisant à des lectures et des indications erronées. L'ensemble de tels dispositifs est complique; les coûts de production d'instruments de précision deviennent importants. Les dispositifs connus ont de nombreuses pièces mobiles, sont chers et encombrants. La présente invention propose des indicateurs du genre à asservissement surmontant ces inconvénients. L'invention permet de réaliser un dispositif de commande perfectionné utilisable dans un ensemble à asservissement d'indication ou de commande dans lequel le dispositif de commande est complètement électronique et emploie peu de pièces mobiles, et dans lequel les coûts de fabrication et d'entretien sont réduits. Le dispositif complet est petit et compact, entièrement portatif et susceptible de fonctionner avec des courants faibles pouvant etre fournis par des piles. Les effets du vieillissement des composants et les changements de réponse dus aux variations de température sont minimisés, apportant une substantielle amélioration de la précision sur de longues périodes de temps et dans des conditions d'environnement défavorables. L'invention a pour objet un système d'asservissement qui comprend : un organe photosensible de commande comportant une surface sensible exposée et fournissant une réponse caractéristique sous forme dlun paramètre électrique de sortie mesurable; un organe émetteur de lumière, alimenté en énergie électrique, fournissant une source de lumière pour exciter la surface sensible précitée; un organe mobile interposé sur le trajet de la lumière précitée pour intercepter sélectivement certaines parties de cette dernière lumière, afin de créer des zones définies sombres et éclairées sur la surface sensible précitée; un organe photosensible de compensation comportant une surface sensible positionnée pour recevoir d'autres parties constantes et non interceptées de la lumière produite par l'organe émetteur de lumière; et des moyens électroniques connectés à l'organe photosensible de compensation précité et à l'organe émetteur de lumière précité, pour régulari- ser l'intensité de la lumière produite par ce dernier de fagon à maintenir sensiblement constante la réponse de sortie de l'organe photosensible de commande précité pour chacune de différentes positions fixes données de l'organe mobile précité, d'ou il résulte que les variations de réponse de l'organe photosensible de commande sont sensiblement limitées à celles qui dépendent des variations des dimensions relatives des zones éclairées et obscures de la surface sensible de l'organe de commande précité, lesquelles variations proviennent des changements de position de l'organe mobile précité. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des figures jointes, données dans un but non limitatif, et qui représentent divers modes de réalisation de l'invention. Sur les dessins : la figure 1 est un schema ensemble partiellement détaillé d'un dispositif de commande et d'un ensemble d'asservissement constituant une réalisation de la présente invention; la figure 2 est un schéma synoptique d'un ensemble indicateur à asservissement suivant l'invention, illustrant particulièrement le dispositif de commande associé à celui-ci; la figure 3 est une vue en élévation de face d'un mouvement d'instrument galvanométrique utilisé avec l'ensemble à asservissement; la figure 4 est une vue en élévation latérale du mouvement d'instrument de la figure 3, montrant l'organe de commande de lumière associé à celui-ci; la figure 5 est une vue en élévation de l'organe de commande de lumière de la figure 4, représentant une zone opaque s'amincrissant uniformément;; la figure 6 est une vue en élévation d'un organe de commande de lumière semblable à celui de la figure 5, mais avec une zone opaque s'amincissant irrégulièrement; la figure 7 est une vue en élévation d'un organe de commande de lumière semblable à ceux des figures 5 et 6, mais presentant une zone semi-transparente d'opacité variable suivant un modèle de variation prédéterminé; la figure 8 est une vue en élévation latérale d'une autre réalisation de l'invention, représentant en particulier un miroir réfléchis sant sensiblement concave; la figure 9 est un schéma de circuit d'un dispositif de commande utilisé dans un ensemble à asservissement de la présente invention. En référence à la figure 1, un ensemble indicateur à asservissement,ou servo-indicateur, comprend un réseau d'impédances équilibré ou pont de Wheatstone 20, et des amplificateurs 24,26 connectés au pont et à un galvanomètre 22 pour commander ce dernier. Le pont 20 comprend des bras 28,30,32,34. Des bornes A,B,C, D, constituent des moyens de sortie connectés aux bras du pont. Le bras 28 renferme un transducteur 36 sensible à une condition d'environnement, par exemple une ampoule de thermomètre à résistance; le bras 34 comporte un dispositif photosensible de "com mandez, 38 ayant une surface sensible 39 exposée. La réponse de sortie du dispositif 38 est un paramètre électrique, tel que conductance, résistance, tension ou courant. Une lampe électrique à incandescence 40 constitue un organe émetteur de lumière alimenté en énergie électrique fournissant une source de lumière pour exciter la surface sensible 39 de l'organe photosensible 38. Une lentille de concentration 44 (organe concentrateur de lumière) reçoit la lumière de l'organe émetteur de lumière et la rassemble en un faisceau 42. La figure 1 montre un organe mobile disposé dans le faisceau 42 pour intercepter pater de façon sélective une partie de ce dernier; cet organe mobile comprend un disque mobile 46 de commande de lumière (figure 5). Ce disque 46 fait varier progressivement la quantité de lumière qui passe de l'organe émetteur de lumière 40 à l'organe photosensible 38 à mesure que le disque 46 tourne. Ce disque est une feuille plate présentant une zone transparente 48 et une zone opaque 50 allongée en forme de coin1 située dans la zone 48. Une ligne en trait interrompu 52, joignant le disque 46 et le galvanomètre 22, sur la figure 1, représente un couplage meca- nique entre le mouvement 22 et le disque 46. Ce dernier comporte un trou central pour se monter sur l'axe du galvanomètre Celui-ci (figures 3 et 4) comporte des paliers avant et arrière 54, 56, un aimant permanent de champ 58, un cadre mobile 60 porté par un axe 62 et un ensemble indicateur 64 comprenant une aiguille 66, et un cadran 68. La rotation de l'équipage à cadre mobile du galva nomètre entrain un mouvement de rotation du disque 46 de commande de lumière autour de l1axe du galvanomètre. Sur la figure 4, le disque 46 de commande de lumière est cale sur l'axe 62 du galvanomètre.La lampe 40 et la lentille 44 sont situées à l'arrière du mouvement d'instrument 22J la zone opaque 50 du disque 46 intercepte une partie du faisceau lumineux 42 qui frapperait normalement la zone centrale de la surface sensible 39 de l'organe photosensible 38. les angles B et D du pont 20 sont alimentés en énergie par une pile 70. La borne A est connectée par un fil 72 à un amplificateur de npositionnement1' 24,qui mesure la tension aux bornes du bras 28 (transducteur 36 sensible à la condition d'environnement). Un amplificateur de zéros 26 comporte un conducteur d'entrée 76 connecté au conducteur d'entrée 72 de l'amplificateur 24, et un autre conducteur a'entrée 78 connecté à la borne C du pont, et il mesure la tension aux bornes de la diagonale AC du pont. Le galvanomètre est raccorde par un conducteur 80 connecté à un fil 82 de l'amplificateur 24, et par un conducteur 84.connecté à un fil 86 de l'amplificateur de zéro 26. Ce dernier fournit un signal de sortie opposé en polarité à celui de l'amplificateur de positionnement et entraîne rapidement le galvanomètre 22 quand le pont 20 est en état de déséquilibre. Pour un pont équilibré, l'amplificateur de zéro 26 fournit un signal nul; le galvanomètre 22 indique la différence entre les sorties des amplificateurs. A l'équilibre du pont1 le galvanomètre 22 prend une position prédéterminée, et une certaine quantité de lumière, issue de la lampe 40, frappe la surface sensible 39 de l'organe photosensible de commande 38, pour compenser 11 effet de la condition d'environnement à laquelle est soumis le transducteur 36 telle que chaleur, pression, effort, etc.. L'aiguille 66 a une position d'indication définie sur le cadran 68 gradué en unités convenables. L'aiguille 66 du cadran 68 indique la condition d'environnement à laquelle répond le transducteur 36.Quand la condition d'environnement affectant le transducteur 36 change, ce dernier fait varier une caractéristique électrique et provoque un déséquilibre du pont 20 entrainant les amplificateurs 24, 26 à déplacer le galvanomètre soit vers le haut de l'échelle, soit vers le bas, suivant le sens de la variation de condition a d'environnement La déviation du galvanomètre a pour effet que le faisceau de lumière 42 est mcdifle par le disque 46 de commande de lumière, et qu'ainsi plus ou moins de lumière frappe la surface sensible 39 de l'organe photosensible 38, dans un sens propre à rétablir ltéquilibre du pont; le galvanomètre subit la déviation exigée pour fournir la quantité de lumière nécessaire à l'organe 38 pour effectuer ce retour à l'équilibre.Le pont revenu à l'équilibre, l'aiguille 66 du galvanomètre indique une nouvelle valeur, sur le cadran- 68, correspondant à une nouvelle valeur de la condition d'environnement affectant le transducteur 36. La réponse du galva nomètre 22 est une fonction des variations de la condition d'environnement affectant le transducteur. L'organe photosensible 38 peut être d'un genre conducteur ou d'un genre générateur, par conséquent il engendre une tension ou un courant quand la lumière le frappe. Une autre réalisation, en référence à la figure 6, présente un disque de commande 46a dans la forme d'une feuille plate comportant une zone transparente 48a et une zone opaque 50a allongée. Une modification de forme de la zone opaque du disque entraîne des caractéristiques de réponse différentes comprenant des échelles étendues, des réponses logarithmiques, des réponses exponentielles, et d'autres comparables. Sur la figure 7, un disque de commande 88 présente une ouverture en arc entièrement recouverte d'une pellicule translucide 90 d'opacité graduelle; certaines zones intermédiaires sont intentionnellement moins translucides pour fournir une caractéristique non uniforme désirée. Le disque 88 peut remplacer le disque 46a représenté figure 6. Sur le schéma de la figure 9, les bornes E et F sont connectées au transducteur sensible à la condition d'environnement, ampoule de thermomètre à résistance, jauge de contrainte, ou transducteur comparable. Pour les amplificateurs 24, 26, on peut utiliser des amplificateurs disponibles dans le commerce sous la référence MC 1437 L. La valeur de la résistance 110 fixe la brillance-de référence de la lampe 40, et des résistances variables 94, 96 permettent un réglage des gains respectifs des amplificateurs 24, 26. En référence aux figures 1 et 2, l'invention comprend un nouveau dispositif de commande ou circuit de compensation 98 utilisable dans l'asservissement. La figure 2 est un schéma synoptique. Le circuit de compensation comprend un second organe photosensible 100, ou organe de compensation, comportant une surface sensible 102 positionnée pour recevoir une partie constante, non interceptée, du faisceau de lumière 42 produit par l'organe émetteur de lumière 40, et des moyens d'amplification 104, constituant des moyens électroniques pour régulariser l'intensité de la lumière produite par l'organe émetteur de lumière 40. L'amplificateur 104 est connecté à l'organe photosensible 100 et à la lampe 40, et c'est ainsi que l'intensité de la lampe est fixée par l'amplitude du signal de sortie des moyens d'amplification.Une source de tension constante 105 alimente les moyens d'amplification sous une tension déterminée pour en établir le point de fonctionnement. Les moyens d'amplification ont pour fonction de maintenir constante la réponse de sortie de l'organe photosensible de compensation 100, ce qui a également pour effet désiré de maintenir constante la réponse de sortie de l'organe photosensible de commande 38 pour chacune des positions fixes données du disque de commande 46. Les changements qui se produisent effectivement dans la réponse de sortie de l'organe photosensible de commande 38 se limitent à ceux qui résultent des variations des dimensions relatives des aires éclairée et obscure de la surface sensible 39, lesquels changements proviennent uniquement du mouvement du disque de commande de lumière 46. L'organe 38 et l'organe 100 ont des réponses de sortie déterminées par des caractéristiques de conversion qui donnent une relation entre les variations d'un paramètre électrique de sortie (tension, résistance, courant) et les variations de la lumière frappant les surfaces sensibles de chacun. Les deux organes sont de préférence du même type et choisis dans le même lot pour apparier les changements des caractéristiques de conversion de l'un à ceux de l'autre. Les variations des caractéristiques de conversion dues à la température, -au vieillissement, sont étroitement appariées à la fois en grandeur et en signe.Les changements de la caractéristique de conversion de l'organe photosensible de commande 38 dus aux variations de température et au vieillissement se produisent également d'une façon semblable pour la caractéris tique de conversion de l'organe photosensible de compensation 100 qui indique ces changements aux moyens de régulation électroniques; ces derniers règlent l'intensite de la lampe 40 pour compenser le changement primitif des caractéristiques de conversion des deux organes 38 et 100; De préférence, les surfaces sensibles 39 et 102 sont étroitement juxtaposées face à l'organe émetteur de lumière 40, comme sur les figures 1 et 4, de telle façon que la totalité de la lumière frappant les surfaces sensibles passe par la lentille 44.Une ré- duction minime de l'intensité de la lumière frappant la surface sensible 39 due au recouvrement de la lentille par de la buée, un voile ou des débris de revêtement s'accompagne d'une réduction correspondante de 1 'intensité de lumière frappant la surface sensible 102; celle-ci envoie un signal aux moyens de régulation électronique pour augmenter l'émission de lumière de la lampe 40 et maintenir constante la réponse de sortie de l'organe photosensible de commande 38 pour chaque position fixe donnée du disque de commande 46.Egalement, des changements d'intensité de la lu mière issue de la lampe 40, dus au vieillissement, sont perçus par l'organe photosensible de compensation qui les signale aux moyens de régulation 104, et ceu -ci font varier L'omission de la lampe pour compenser ce changement. La surface sensible 102 est toujours en dehors du trajet de la lumière interceptée par le disque mobile de commande de lumière 46, et n'est pas affectée par les changements de position de ce dernier. La figure 9 représente un schéma de principe de circuit. Le circuit de oompensation comporte un amplificateur intégré 106 et un étage 108 commandant la lampe 40. Une résistance 110 fixe la brillance initiale de la lampe 40. Une autre réalisation, figure 8, montre un miroir réflecteur concave 111. La lampe 40 est au foyer de ce miroir. Un écran opaque 112 empêche l'émission directe à partir de l'ampoule sur les organes photosensibles 38 et 100. L'agencement de la figure 8 peut être substitué à celui de la figure 4. Sur la figure 8, l'organe photosensible de coxtiensation 100 est situé en dehors du trajet de la lumière interceptée par le disque de commande de lumière 46, et reçoit une lumière constante de la lampe 40. Le dispositif de commande est de construction simplet il utilise des oomposants-immeaiatement disponibles sur le marché électronique, et il redut efficacement au minimum absolu les erreurs dues au vieillissement des composants de ensemble indicateur à asservissement. L'appareil est de fonctionnement sûr, d'encombrement faible, et représente ainsi un progrès marqué dans le domaine de la technologie des asservissements. -Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses variantes accessibles à l'homme de 11 art, suivant les applications envisagées et sans s'écarter pour cela de l'esprit de l'invention. REVENDICh2IONS 1.- Dispositif de commande utilisable dans un asservissement, caractérisé en ce qu'il comprend en combinaison : un organe photosensible de commande comportant une surface sensible exposée et fournissant une réponse caractéristique sous forme d'un paramètre électrique de sortie mesurable; un organe émetteur de lumière, alimenté en énergie électrique, fournissant une source de lumière pour exciter la surface sensible précitée; un organe mobile interposé sur le trajet de la lumière précitée pour intercepter, sélectivement, certaines parties de cette dernière lumière, afin de créer des zones définies sombres et éclairées sur la surface sensible précitée; un organe photosensible de compensation comportant une surface sensible positionnée pour recevoir d'autres parties constantes et non interceptées de la lumière produite par l'organe émetteur de lumière, et des moyens électroniques connectés à l'organe photosensible de compensation précité et à l'organe émetteur de lumière précité, pour régulariser l'intensité de la lumière produite par ce dernier de façon à maintenir sensiblement constante la réponse de sortie de l'organe photosensible de commande précité pour chacune de différentes positions fixes données de l'organe mobile précité, d'où il résulte que les variations de réponse de l'organe photosensible de commande sont sensiblement limitées à celles qui dépendent des variations des dimensions relatives des zones éclairées et obscures de la surface sensible de l'organe de commande précité, lesquelles variations proviennent des changements de position de l'organe mobile précité. 2..- Dispositif de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe émetteur de lumière précité comporte une lampe à incandescence, et en ce que les moyens électroniques précités comprennent des moyens d'amplification comportant un circuit d'entrée connecté à l'organe photosensible compensateur précité et un circuit de sortie connecté à la lampe précitée de façon que l'intensité de la lampe soit fixée par l'amplitude du signal de sortie des moyens d'amplification. 3.- Dispositif de commande suivant la revendication 1, caractérisé en outre en ce qu'il comprend un dispositif de concentration de lumière recevant la lumière de l'organe émetteur de lumière précité, pour rassembler la lumière en un faisceau destiné à frapper les surfaces sensibles des organes photosensibles de commande et de compensation précités. 4.- Dispositif de commande suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de concentration de lumière précité comprend une lentille interposée entre l'organe émetteur de lumière précité et les surfaces sensibles des organes photosensibles précités. 5.- Dispositif de commande suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif concentrateur de lumière précité comprend un miroir réflecteur de forme générale concave. 6.- Dispositif de commande suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les réponses des organes photosensibles précités sont déterminées par des caractéristiques de conversion qui établissent respectivement une relation entre les variations des paramètres électriques de sortie et les variations, à l'entrée, de la lumière frappant les surfaces sensibles, et en ce que, les- changements de caractéristique de conversion de chaque organe photosensible dus aux variations de température et au vieillissement étant sensiblement identiques, les changements de caractéristique de conversion de l'organe photosensible de commande dus à la température et au vieillissement sont équilibrés par les changements semblables et correspondants de caractéristique de conversion de l'organe photosensible de compensation, pour'maintenir ainsi sensi- blement constante la réponse de sortie de l'organe photosensible de commande, dans le temps et par rapport aux variations de température, pour chacune de différentes positions fixes données de l'organe mobile précité. 7.- Dispositif de commande suivant la revendication 6, caractérisé en ce que le paramètre électrique de sortie mesurable comprend la conductivité. 8.- Dispositif de commande suivant la revendication 4, caractérisé en ce que les surfaces sensibles des organes photosensibles précités sont étroitement juxtaposées l'une à l'autre, face à l'organe émetteur précité, et en ce que la totalité, sensiblement, de la lumière frappant les surfaces sensibles précitées passe par la lentille précitée, d'où il résulte que toute réduction de l'intensité de la lumière frappant la surface sensible de l'organe photosensible de commande, due au recouvrement de la lentille par un voile ou un brouillard, s'accompagne d'une réduction'corres- pondante de l'intensité frappant la surface sensible de l'organe photosensible de coupensation, entraînant ainsi les moyens de régulation électroniques à augmenter 1' émission de lumière de 1 organe émetteur de lumière précité et donc à maintenir constante la réponse de sortie de l'organe photosensible de commande pour chacune de différentes positions données de l'organe mobile. 9.- Dispositif de coltiande conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un mouvement de galvanometre entrainant l'organe mobile précité, et un amplificateur comportant un circuit d'entrée connecté à l'organe photosensible de commande précité pour indiquer les changements du paramètre électrique de sortie de celui-ci, et un circuit de sortie connecté au galvanomètre précité pour commander ce dernier. 10.- Dispositif de commande suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un réseau équilibré d'impé- dance, comportant une pluralité de bras et des bornes, constituant des organes de sortie, connectées aux bras précités, 1 'un de ces bras comprenant l'organe photosensible de commande, et le circuit d'entrée de l'amplificateur précité étant connecté aux organes de sortie précités, pour recevoir une énergie de la part de ces derniers. 11.- Dispositif de commande suivant la revendication 10, caractérisé en ce que le réseau équilibré d'impédances précité comprend un circuit en pont à quatre bras. 12.- Dispositif de commande suivant la revendication 10, caractérisé en ce que l'organe mobile précité comprend un disque de commande de lumière, pour faire varier progressivement la quantité de lumière qui passe de l'organe émetteur de lumière à l'organe photosensible de commande, en réponse au mouvement du disque, d'où il résulte que tout déréglage de l'équilibre du réseau d'impédance provoque une déviation du galvanomètre qui modifie la lumière frappant la surface sensible de l'organe photosensible de commande précité, pour effectuer ainsi un rétablissement de l'équilibre du réseau. 13.- Dispositif de commande suivant la revendication 12, caractérisé en ce que le disque de commande de lumière précité comprend une feuille sensiblement plate, comportant une zone transparente à travers laquelle peut passer la lumière et une zone opaque allongée située dans cette zone transparente, et des moyens de montage de ce disque en rotation autour d'un axe perpendiculaire au plan de la feuille, la zone opaque précitée étant en forme de coin.