Brevet FR2214898A1 — publié le 19740819

L'invention a pour objet un procédé et un dispositif de détection de masses métalliques. On connait déjà des dispositifs de détection de masses métalliques à boucle inductive dans lesquels on fait application des variations des caractéristiques électriques de la boucle, lorsqu'est présente une masse métallique à proximité de celle-ci, pour détecter ladite présence. Dans ces detecteurs connus, on utilise soit la variation d'impédance de la boucle induite par l'approche d'une masse métallique, soit la variation, dans un circuit oscillant, de la fréquence d'oscillation de la boucle résultant de la variation d1in- ductance. Ces dispositifs présentent divers inconvénients et sont sujets à fluctuations. Les variations des dimensions de la boucle de détection sous l'influence de facteurs externes, par exemple les variations de température ou les contraintes mécaniques aux- quelles est soumise la boucle, perturbent le fonctionnement de ces dispositifs tout comme le font l'influence de certains supports, comme le béton armé, ou la proximité de masses métalliques fixes. Il s'ensuit des difficultés de réglage auxquelles viennent stajou- ter, par exemple, desproblèmes de dérive dans le temps. C'est un but de l'invention de fournir un procédé et un dispositif de détection de masses métalliques qui permettent de s'affranchir des variations climatiques, des variations lentes dans le temps des propriétés physiques du support et des variations de forme de la boucle de détection. C'est également un but de l'invention de fournir un procédé qui permet 11 obtention, dans un dispositif pour sa mise en oeuvre, d'une sensibilité accrue par rapport à celle des dispositifs connus et qui est réglable par une seule opération. Un autre but de l'invention est de fournir un procédé et un dispositif de détection de masses métalliques offrant différentes possibilités d'utilisation, comme la détection de présence, la détection de présence avec effacement après un temps prédéterminé ou encore la détection de passage. C'est, à cet égard, un but de l'invention de fournir un procédé et un dispositif de détection de masses métalliques qui permettent de détecter le passage d'une masse métallique même si une première masse métallique détectée s'est arrêtée à proximité de la boucle de détection. C'est aussi un but de l'invention de fournir un procédé et un dispositif de détection propres a fournir une information de présence précédée ou suivie d'une information d'arrivée ou de départ d'une masse métallique, respectivement. C'est encore un but de l'invention de fournir un procédé et un dispositif de détection de masses métalliques qui offrent une sécurité positive, de sorte que la défaillance d'un élément quelconque du circuit de détection est immédiatement signalée à l'utilisateur. Le procédé de détection de masses métalliques selon l'invention est caractérisé en ce qu'on fait application à la fois des variations d'impédance d'une boucle de détection et des variations de fréquence du circuit oscillant associé à ladite boucle lorsqu'une masse métallique s'approche de cette dernière. Un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé qui comprend une boucle de détection faisant partie d'un circuit oscillant est alors caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sensibles à la fois aux variations de tension aux bornes de la boucle de détection et aux variations de la fréquence d'oscillation du circuit oscillant associé à ladite boucle lorsqu'une masse métallique s'approche de cette dernière. L'invention sera bien comprise par la description qui suit, faite en référence au dessin annexé, donné à titre d'exemple et sur lequel - la figure i est un schéma en bloc-diagramme d'un dispositif de détection selon l'invention - la figure 2 est un schéma en bloc-diagramme d'une réalisation préférée du dispositif de détection selon l'invention et - la figure 3 est un schéma électrique du dispositif illustré sur la figure 1. Un dispositif selon l'invention, pour la détection de la présence ou du passage à son voisinage d'une masse métallique, comprend une boucle inductive 10 (figure 1), de détection, qui fait partie d'un oscillateur il suivi d'un filtre 12, d'un amplificateur 13 et d'un redresseur 14 à la sortie 15 duquel est prévue une ligne de contre-réaction 16 qui agit, par l'intermédiaire d'un dispositif 17 à constante de temps ajustable, sur l'amplificateur 13. Le redresseur 14 est suivi d'une bascule 18 elle-meme suivie d'un relais RI. La sortie 19 de la bascule 18 est cennectée au dispositif 17 par une deuxième ligne de contre-réaction 16a. Une réalisation préférée du dispositif selon l'invention est représentée sur la figure 2. Dans cette réalisation, une boucle inductive 20, de détection, fait partie d'un oscillateur 21 qui délivre, sur sa sortie 2tub, un signal modulé en amplitude par un oscillateur auxiliaire 21a. L'oscillateur 21 est suivi d'un filtre 22, d'un amplificateur 23, d'un redresseur 24 dont la sor tire 25 est reliée, par une ligne de contre-réaction 26, à l'entrée de l'amplificateur 23 avec interposition d'un dispositif 27 à constante de temps ajustable. le redresseur 24 est suivi d'une bascule 28, qui est elle-m8me suivie d'un relais RI avec interposition d'un dispositif redresseur approprié 29. On se réfère maintenant à la figure 3 qui montre le schéma complet de l'appareil de détection selon l'invention illuetré sur la figure 1. L'oscillateur Il comprend un transistor n-p-n, T1, à résistances de polarisation R1 et P1, cette dernière ajustable, un circuit résonant dans le circuit de collecteur du transistor T1 constitué d'une capacité C1 en parallèle sur la boucle de détection 10, une capacité C2 branchée entre le collecteur et l'émet- teur du transistor Tri , une résistance R2 dans le circuit d'émetteur du transistor T1 et enfin une capacité C3 en parallèle sur la résistance R2, Le filtre 12 placé à la suite de l'oscillateur il comprend une résistance R3 branchée entre le collecteur du transistor T1 et une résistance R4, elle-meme reliée au circuit de base d'un transistor T2 de l'amplificateur 13 et une capacité C4 montée entre un conducteur 35 relié au pôle positif de la source de tension et le point commun aux résistances R3 et R40 Le filtre 12 est suivi de l'amplificateur 13 constitué d'un transistor p-n-p, T2,- dans le circuit d'émetteur duquel se trouve une résistance et dans le circuit de collecteur duquel se trouve une résistance R6 -, et d'un transistor n-p-n, T4, dont la base est directement reliée au collecteur du transistor T2. Une résistance R7 est placée dans le circuit de collecteur du transistor T4et au circuit d'émetteur de ce dernier est connecté un circuit oscillant constitué d'une capacité Cg en parallèle sur une inductance L1. Le redresseur 14 qui fait suite à l'amplificateur 13 comprend un transistor d'entrée n-p-n, T5, dont l'émetteur est relié au collecteur du transistor T4 avec interposition d'une capacité C7. Le collecteur du transistor T5 est directement relié au conducteur 36 et la base du transistor T5 est reliée à l'émetteur d'un transistor n-p-n, T6, dont la base est reliée à l'émetteur du transistor T5. La base du transistor T5 est en outre reliée à un conducteur 36 ou conducteur de masse avec interposition d'une capacité en en parallèle sur une résistance R12 du circuit d'émetteur d'un transistor T6 également constitutif du redresseur 14 et dans le circuit collecteur duquel est placé un potentiomètre P2 dont la borne mobile est reliée à la base d'un transistor p-n-p, T7. L'émetteur de ce dernier transistor est directement relié au conducteur 35 et une résistance R13 est placée dans le circuit de collecteur du transistor T7. Un conducteur 16 part du collecteur de T7 (point 15) vers le dispositif de contre-réaction 17. La bascule 18 est constituée de deux transistors n-p-n, T9 et T10 dont la base du premier est reliée à l'émetteur du transistor T6 avec interposition d'une résistance R15et au conducteur 36 avec interposition d'une résistance-R21 Une résistance R16 est placée dans le circuit de collecteur du transistor T9 et une résistance R18 est reliée par l'une de ses bornes à l'émetteur du transistor Tg et par son autre borne, d'une part, à une résistance R19, elle-même reliée à la masse et, d'autre part, à l'émetteur du transistor T10, un interrupteur 14 étant placé en parallèle sur la résistance R18. Une résistance R17 est placée dans le circuit de collecteur du transistor T10 dont la base est directement reliée au collecteur du transistor Tg et au conducteur 36 avec interposition d'une résistance R20. Un conducteur 30, issu du collecteur du transistor T10, peut être connecté, dans une position de la lame mobile d'un interrupteur 13, au conducteur 16a relié au dispositif de contre-réaction 17. Une résistance R14 est branchée entre la lame mobile de l'interrupteur 13 et le conducteur 36. Le conducteur 30 est en outre relié à la base d'un transistor p-n-p, T11, avec interposition d'une diode D19 La base du transistor T11 est également reliée au conducteur 35 avec inter position d'une résistance R22. L'émetteur du transistor T11 est directement relié au conducteur 75 et un système relais-interrupteur RI est placé dans le circuit de collecteur du transistor T11. le collecteur du transistor T11 est en outre relié directement à une borne b de l'interrupteur 13. Le dispositif 17 de contre-réaction comprend un transistor n-p-n, T8, dont la base est connectée au conducteur 7a. Une résistance R10 est placée dans le circuit du collecteur du transistor T8 et peut être court-circuitée par un interrupteur 12 monté en parallèle sur la résistance R10.L'émetteur du transistor T8 est relié, d'une part, au conducteur 16 et, d'autre part, à un circuit série constitué d'une résistance R11 et d'une diode D2, cette dernière reliée au point commun à la résistance Fo et à une capacité C6 dont la deuxième borne est reliée au conducteur 36. Un interrupteur Iî, placé en parallèle sur le circuit série constitué de la résistance R11 et de la diode D2, permet de court-circuiter ledit circuit, le point commun à la résistance R10 et à la capacité C6 est relié à la base d'un transistor à effet de champ, T3, et à une résistance Rg dont l'autre borne est reliée au conducteur 36.Une résistance R8 est placée dans le circuit d'émetteur du transistor T3 dont l'émetteur est directement relié à l'émet- teur du transistor T2 (point 17a) Le fonctionnement du dispositif est le suivant Dès que l'ensemble du dispositif est mis sous tension, l'oscillateur t1 commence à osciller et fournit sur sa sortie un signal sinusoïdal qui traverse d'abord le filtre 12 constitué en tant que filtre Rd passe-bas. L'amplificateur 13, constitué en tant qu'amplificateur fonctionnant en classe C, ne laisse passer, avec un seuil réglable, que les alternances négatives du signal appliqué sur la base du transistor T2 par le filtre 12. Le signal amplifié par le transistor T2 est recueilli aux bornes de la résistance R6 par la base du transistor T4, constituée en tant qu'étage séparateur, le cir cuit-bouclnon,- constitué d'unie inductance L1 en parallèle sur une capacité C5 -, dans le circuit d'émetteur du transistor T4 étant calculé de telle sorte qu'il élimine tO'lt signal à la fréquence 50 IIz du secteur qui pourrait être mélangé au signal utile en provenance des étages précédents. Le signal fourni par l'amplificateur 13 est ensuite détecté, dans le redresseur 14, par la jonction base-émetteur du transistor T6 et par le circuit constitué d'une capacité C8 en parallèle sur une résistance R12. le transistor T7, dans le collecteur duquel se trouve la résistance R13 aux bornes de laquelle est prise une première tension de contre-réaction entre le point 15 et le conducteur 36, a pour rôle d'amplifier le signal utilisé dans la première boucle de contre-réaction.Le potentiomètre P2, dans le collecteur du transistor T6, permet d'ajuster la tension appliquée sur la base du transistor T7, c'est-à-dire d'ajuster le gain de la boucle de contre-réaction0 Le signal redressé est appliqué à la balance 18 dont la tension de sortie est appliquée, par le conducteur 30, et à travers la diode D1, à la base du transistor T11 dans le collecteur duquel se trouve le relais-interrupteur RI. Lorsque la tension sur l'entrée de la bascule 18 est telle que le transistor T9 est conducteur, alors le transistor T10 est bloqué et la tension sur la base du transistor T11 est fortement positive, de sorte que le transistor T11 n'est pas conducteur et que le relais-interrupteur n'est pas excité.Lorsque la tension sur l'entrée de la bascule 18 fait basculer cette dernière, le transistor Tg devient non-passant et le transistor T10 devient conducteur : la tension sur la base du transistor T11 devient faiblement positive et ce dernier devient passant. Le courant collecteur du transistor T11 est élevé et excite le relais-interrupteur qui ouvre ou ferme, selon le cas, un circuit auxiliaire Le dispositif de contre-réaction 17 agit directement au point 17a de l'émetteur du transistor T2 par l'intermédiaire du transistor à effet de champ T. La tension appliquée à la base de ce dernier transistor, et qui est celle apparaissant aux bornes du circuit de type RC constitué par la résistance R9 et la capacité C6 montées en parallèle, est variable et commandée à partir des points 15 et 19 du redresseur 14 et de la bascule 18 respectivement par l'intermédiaire du transistor T8. Suivant la valeur de la tension sur la base du transistor T3, le courant dans le collecteltr du transistor T3 est plus ou moins fort, ce qui a pour effet de diminuer plus ou moins le potentiel au point 17a de l'émetteur du transistor T2. La contre-réaction a donc pour effet de régler le seuil de passage du transistor T2 qui fonctionne en classe o. le rôle des résistances R1o et R1 du dispositif de contre- réaction 17 est de modifier la constante de temps de la contreréaction, selon le mode de fonctionnement du circuit de détection désiré. Le fonctionnement du circuit de détection nécessite, lors de sa première mise en fonctionnement, un pré-réglage qui soit tel qu'en l'absence de toute masse métallique à détecter à proximité de la boucle de détection 10 le relais-interrupteur RI n'est pas excité. Afin d'obtenir un pré-réglage rapide, on annule la constante de temps du dispositif de contre-réaction 17 en court-circuitant la résistance R11 et la diode D20 A cet effet, la lame mobile de l'interrupteur I1 est placée en position a, on note que la position de la lame mobile de l'interrupteur I2 est sans importance puisque de toute façon la résistance R10 et le transistor-T8 sont court-circuités par l'interrupteur I1 dont la lame mobile est en position a.La position de la lame mobile de l'interrupteur 13 est également sans importance au cours du pré-réglage ; la lame mobile de l'interrupteur 14 est placée en position a ou b suivant le mode de fonctionnement choisi, respectivement présence avec effacement ou présence réelle comme il sera expliqué plus loin. Le circuit étant dans ce mode de fonctionnement, on ajuste le potentiomètre P1 de sorte que le relais-interrupteur RI soit non excité et juste à la limite d'excitation. Afin de mettre le circuit en position de fonctionnement normal, on place la lame mobile de l'interrupteur li en position b, afin de remettre en circuit la résistance R11 qui permet d'augmenter la constante de temps du dispositif de contre-réaction 17. L'utilisation d'un circuit de contre-réaction à constante de temps est nécessaire car la contre-réaction employée dans le dispositif selon l'invention est presque totale. Ainsi, en l'absence de constante de temPs (ctest-à-dire si la constante de temps était nulle), on ne pourrait en aucun cas détecter une masse métallique, car toute variation du niveau de sortie de l'oscillateur ou du filtre serait immédiatement combattue par la contreréaction afin de maintenir le niveau de sortie du dispositif constant. Le dispositif étant donc placé en position d'attente (absence de masse métallique à proximité de la boucle 10 et relaisinterrupteur RI non excité), l'approche d'une masse métallique vers la boucle de détection 10 a les effets suivants D'une part, la partie résistive de la boucle de détection 10 tend à augmenter, ce qui tend à diminuer la tension aux bornes de la boucle et à faire diminuer l'amplitude du signal oscillant présent sur la sortie de l'oscillateur li. D'autre part, la valeur de l'inductance de la boucle de détection 10 tend également à diminuer, ce qui entrain une augmentation de la fréquence d'oscillation de l'oscillateur 11. Le filtre 12 étant un filtre du type passe-bas, la tension recueillie sur la sortie de ce filtre tend à diminuer, pour une tension d'entrée constante, lorsque la fréquence d'oscillation du signal appliqué au filtre augmente. On constate ainsi qu'il y a un double effet de diminution sur la tension de sortie du filtre 12, l'un induit directement par les variations des caractéristiques résistives de la boucle 10 et l'autre induit indirectement par le filtre sous l'effet des variations de la fréquence d'oscillations de l'oscillateur Il résultant des variations des caractéristiques inductives de la boucle 10. L'approche d'une masse métallique vers la boucle de détection 10 ayant donc pour effet une diminution de la tension appliquée à l'amplificateur 13, cette diminution de tension se retrouve à la sortie du redresseur 14 qui est aussi l'entrée de la bascule 18. Le transistor Tu passe de l'état conducteur à l'état bloqué, et le transistor T10 passe de l'état bloqué à l'étant conducteur. Il s'ensuit que le transistor T11 passe également de l'état bloqué à l'état conducteur et excite le relais-interrupteur RI. Cependant, le dispositif de contre-réaction 17 tend à combattre cet effet. Lorsque la tension diminue sur la sortie de l'amplificateur 13, la tension sur la base du transistor T7 diminue et celui-ci devient moins conducteur. La tension au point 15 diminue, ce qui a pour effet de faire diminuer la tension sur la base du transistor T3, avec cependant un retard en temps consé cutif à l'effet de la capacité C6 et des résistances R9, R11 et R13 (éventuellement Rj). le transistor T3 devient moins conduc teur, le potentiel dù point 17~ augnente ainsi que. l.è potentiel appliqué à la Jonction base-émetteur du transistor T2.Le seuil de passage de ce dernier est abaissé; ce qui tend à faire augmenter la tension sur la sortie de l'amplificateur 13 et la tension au point 15. Ainsi, lteffet de la contre-réaction est de ramener le système vers son état initial, avec pour résultat la désexcitation du relais-interrupteur RI. Mais ceci n"a lieu qu'au bout d'un certain temps qui est déterminé par la valeur de la constante de temps du dispositif de contre-réaction 17. Les différents modes de fonctionnement du dispositif selon l'invention en fonction des positions des lames mobiles des interrupteurs I2 et I3, c'est-à-dire en fonction de la constante de temps affectée au circuit de contre-réaction, sont maintenant décrits. Lorsque la lame mobile de l'interrupteur 13 est en position b, la constante de temps de cette voie de contre-réaction est minimale et on a affaire à un fonctionnement en impulsion ; il s'agit du mode de fonctionnement dans lequel on ne fait que détecter le passage d'une masse métallique. Pour ce faire, on dispose cependant de deux constantes de temps différentes, mais courtes, suivant que la lame mobile de l'interrupteur I2 se trouve en position a ou en position b. lorsque la lame mobile de l'interrupteur 13 est en position a, la constante de temps associée est maximale et, suivant que la lame mobile de l'interrupteur 14 se trouve en position a ou en position b, on obtiendra respectivement le fonctionnement de détection de présence avec effacement (ce qui autorise la détection ultérieure d'un autre objet métallique, même si le premier objet métallique détecté est resté à proximité de la boucle), et le fonctionnement de détection de présence réelle dans lequel la présence d'une masse métallique est détectée tant que la masse métallique reste à proximité de la boucle. L'interrurteur,14, contrairement aux interrupteurs I2 et I3, n'a pas pour rôle de modifier une constante de temps. Selon que la lame mobile de l'interrupteur 14 est en position a ou b, la résistance R18 est court-circuitée ou en circuit. La mise en circuit de la résistan ce ruz a rOl,to effet la modification des points de fonctionnement de la bascule 18 et du taux d"nystéresis du cycle de fonctionne- ment de cette dernière. Une varianteau fonctionnenent ei-dessus décrit, et il s 'agit alors du fonctionnement avec sécurité positive, consiste à introduire sur la base du transistor.Tt un signal sinusoïdal de fréquence nettement inférieure à la fréquence d'oscillation de l'oscillateur 11. Cette basse fréquence de modulation sera détectée par le redresseur 14 et appliquée sur l'entrée de la balance 18, ce qui aura pour effet de rendre en permanence les transistors Tg et T10 alternativement conducteurs et non-passants. Au lieu de placer le relais-interrupteur directement dans le circuit de collecteur du transistor T1 1' on placera dans ce circuit de collecteur un transformateur dans le circuit secondaire duquel on placera un dispositif approprié 29 (figure 2) en série avec le relais-interrupteur. D'autres variantes sont envisageables, par exemple l'utilisation d'une ligne de transmission. REVEN7DICATIONS 1. Procédé pour la détection de masses métalliques au moyen d'une boucle inductive de détection, caractérisé en ce qu'on fait application à la fois des variations d'impédance de la boucle de détection et des variations de fréquence d'un circuit oscillant associé à ladite boucle lorsqu'une masse métallique s'approche de cette dernière. 2. Dispositif pour la détection de masses métalliques au moyen d'une boucle inductive de détection faisant partie d'un circuit oscillant, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens sensibles à la fois aux variations de tension aux bornes de la boucle de détection et aux variations de fréquence d'oscillation du circuit oscillant lorsqu'une masse métallique s'approche de ladite boucle. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens comprennent un amplificateur suivi d'un redresseur et un filtre du type passe-bas. 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit de contre-réaction à constante de temps réglable, entre la sortie du redresseur et l'entrée de l'amplificateur. 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 3 et 4, caractérisé en ce que le redresseur est suivi d'une bascule de la sortie de laquelle est issu un circuit de contre-réaction. 6. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage du seuil de détection. 7. Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de commande du fonctionnement de la bascule suivant l'un ou l'autre de deux cycles d'hystérésis. 8. Dispositif selon l'une auelconque des revendications 4 et 5, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de réglage de la constante de temps du circuit de contre-réaction pour adapter le dispositif soit à la détection de passage, soit à la détection de préserce, soit à la détection de présence avec effacement. 9. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 et 3, caractéris en ce qu'il comprend des moyens propres à fournir une indication de non-fonctionnement en cas de défaillance d'un quelconque des éléments qui le constituent. 10. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que ces moyens sont constitués par un oscillateur auxiliaire relié au circuit oscillant pour la modulation du signal engendré par ledit circuit oscillant Ilo Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que sa sortie est reliée à un relais-interrupteur. 12. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que sa sortie est reliée à une ligne de transmission. 13. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 10 et 11, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit redresseur entre le relais-interrupteur et la bascule.