Brevet FR2281578A1 — publié le 19760305

La présente invention se rapporte un circuit qui permet de détecter, sans contact, le passage d'une pièce métallique à proximité d'un capteur statique. Ce capteur se compose d'un circuit oscillant LC. Dans tout détecteur de ce type, le-passage d'une masse métallique dans le champ magnétique du bobinage crée des pertes par courants de Foucault et/ou hystérésis provoquant un amortissement important du circuit oscillant d'où résulte un décrochage de l'oscillateur. Le signal alternatif présent sur le circuit oscillant est alors détecté et, après mise en forme dans un circuit approprié, est utilise comme signal de sortie. Le décrochage de l'oscillateur peut être assez brutal, mais l'apparition de nouvelles oscillations dès que la charge disparaît peut demander un certain temps avant d'atteindre une valeur appréciable, donc utilisable, limitant de ce fait la fréquence du signal a mesurer. L'invention vise réaliser un détecteur de proximité qui ne présente pas ce défaut. Elle a donc pour objet un détecteur de proximité du type comprenant un circuit oscillant self et condensateur dont l'amplitude des oscillations est sensible à la présence d'une charge dans le champ de la self du circuit oscillant, caractérisé en ce qu'il comprend un élément à résistance négative variable connecté aux bornes dudit circuit oscillant, un détecteur des variations d'amplitude des oscillations du circuit oscillant par rapport à un niveau de référence, des moyens pour engendrer un signal de commande de la valeur de la résistance négative dudit élément en vue de compenser les variations d'amplitude desdites oscillations et des moyens d'évaluation dudit signal de commande. D'autres caractéristiques de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Au dessin annexé, donné uniquement a titre d'exemple la Fig. 1 est un schéma de principe d'un détecteur de proximité suivant l'invention ; la Fig. 2 représente le schéma électrique d'un mode de réalisation préféré d'un détecteur de proximité, suivant l'invention, destiné a être réalisé sous forme de circuit intégré. Le détecteur représenté à la Fig. 1 comprend principalement une self 1 et un condensateur 2 connectés en parallèle et constituant un circuit oscillant. Un amplificateur à gain variable 3 est connecté à une borne du circuit oscillant par l'intermédiaire d'un condensateur 4 branché à la sortie 5 de l'amplificateur. Le point commun au condensateur 4 et au circuit oscillant est connecté directement à l'entrée non-inverseuse 6 de l'amplificateur 3. Le condensateur 4 fait donc partie d'une boucle de réaction de l'amplificateur 3. L'entrée inverseuse de celui-ci est connectée à l'autre borne du circuit oscillant 1,2, qui constitue la masse 7 du détecteur. L'amplificateur 3 comporte, en outre, une borne 8 de commande de gain. L'amplificateur 3 ainsi branché aux bornes du circuit oscillant constitue, pour celui-ci, une résistance négative destinée à réduire son amortissement. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur 3 est connectée à une première entrée d'un comparateur 9 réalisé, par exemple, sous forme d'un amplificateur, par l'intermédiaire d'un détecteur 10, un condensateur de filtrage 11 étant branché entre la sortie du détecteur 10 et la masse. La seconde entrée 12 de l'amplificateur 9 est connectée à une source de tension de référence (non représentée). La sortie de l'amplificateur 9 est connectée à une source de courant 13 dont la sortie est connectée à l'entrée 8 de commande de gain de l'amplificateur 3, par l'intermédiaire d'une résistance 14 de mesure de courant. Aux bornes de la résistance 14, est branché un amplificateur 15 à hystérésis dont la sortie 16 constitue la sortie du dispositif. Le fonctionnement du détecteur qui vient d'être décrit est le suivant. Les signaux du circuit oscillant sont ramenés à l'entrée non inverseuse 6 de l'amplificateur 3, redressés par le détecteur 10, filtrés par le condensateur 11 et appliqués à l'amplificateur 9 qui assure leur comparaison avec la tension de référence appliquée à sa borne 12. En l'absence d'une charge, par exemple d'une masse métallique, à proximité du circuit oscillant 1,2, l'amplificateur 3 branché de la manière décrite ci-dessus aux bornes du circuit oscillant présente une résistance négative suffisante pour que l'amplitude des oscillations soit égale à la valeur de la tension de référence. Mais, lorsqu'une charge se trouve à proximité du circuit oscillant, l'amplitude des oscillations de ce circuit a tendance à décroître. Cette réduction d'amplitude se retrouve à l'entrée de l'amplificateur 3 et, après redressement, à I'entrée correspondante de l'amplificateur 9 sous forme d'une tension inférieure à la tension de référence appliquée à sa borne 12. Ce déséquilibre provoque l'apparition, à la sortie de l'amplificateur 9, d'un signal qui modifie l'état de la source de courant 13 qui débite, dans la résistance 14, un courant d'autant plus important que les oscillations du circuit oscillant sont plus amorties.Ce courant est appliqué à l'entrée 8 de l'amplificateur 3 dont la résistance négative augmente de façon à provoquer une augmentation de l'amplitude des oscillations du circuit oscillant 1,2, jusqu'au rétablissement de l'équilibre entre les tensions appliquées aux bornes de l'amplificateur 9. Les variations du courant de commande du gain de l'amplificateur 3 sont détectées par la résistance 14 et l'amplificateur 15. Lorsque, pour une raison quelconque, l'amplitude des oscillations du circuit oscillant 1,2 a tendance à augmenter, la tension sur la première entrée de l'amplificateur 9 devient supérieure à la tension de référence et l'amplificateur 3 est alors commandé dans le sens d'une diminution de sa résistance négative, ce qui provoque une diminution de l'amplitude des oscillations du circuit oscillant. Le détecteur de proximité est représenté en détail à la Fig. 2. Ce détecteur,destiné à être réalisé sous forme d'un circuit intégré, est alimenté par une source de tension continue Vcc dont le pôle positif est connecté au point 18 et dont le pôle négatif est connecté à la masse 19. La borne 18 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un diviseur de tension comportant trois résistances 20, 21, 22 branchées en série. Le diviseur est isolé du reste du circuit par un transistor 23 dont l'émetteur est relié à la borne 18, par l'intermédiaire d'une résistance 24 et dont le collecteur est relié à la masse. L'émetteur du transistor 23 fournit la tension de polarisation de bases nécessaire au fonctionnement de l'amplificateur de résistance négative 25 et du détecteur 26. Le point milieu des résistances 21 et 22 fournit une tension Vref qui est utilisée pour les sources de courant de l'amplificateur de résistance négative 25, du détecteur 26 et de l'amplificateur à hystérésis 27. L'amplificateur à résistance négative 25 est constitué principalement d'une paire différentielle réalisée avec les transistors 28 et 29 dont les bases sont alimentées à travers des résistances 30 et 31 et les émetteurs,par une source de courant constituée par un transistor 32 et une résistance 33. Les collecteurs des transistors 28 et 29 sont chargés par un réflecteur de courant constitué des transistors 34 et 35. La sortie de l'amplificateur constituée par la connexion unissant les collecteurs des transistors 29 et 35 est chargée, en outre, par une résistance 36 de façon à définir le gain de tension de l'amplificateur. Elle est aussi couplée à la base du transistor 28 (qui constitue l'entrée non inverseuse de l'amplificateur) par un condensateur 37.C'est ce couplage qui assure la réaction et qui crée donc la résistance négative qui est présente entre la base du transistor 28 et la masse. Cette résistance négative est connectée en parallèle sur un circuit oscillant constitué par une self 38 et un condensateur d'accord 39 par l'intermédiaire d'un condensateur d'isolement 40. Le détecteur 26 est réalisé au moyen d'un multiplicateur analogique dont les deux entrées sont mises en parallèle afin d'élever le signal d'entrée au carré. On sait que le fait d'élever au carré un signal sinusoidal a pour effet d'obtenir un signal continu représentant le carré de la valeur efficace de ce signal sinusoidal et un résidu alternatif sinusordal de fréquence double. Le multiplicateur est réalisé à partir de trois paires différentielles a) une paire dite inférieure constituée des transistors 41 et 42 couplés par leurs émetteurs à une source de courant constituée par un transistor 43 et une résistance 44. Le transistor 41 reçoit un signal continu de référence, par l'intermédiaire d'un transistor 45 et d'une résistance 46 alors que le transistor 42 reçoit le signal à détecter, par l'intermédiaire d'un transistor 47 et d'une résistance 48 b) une première paire supérieure constituée par des transistors 49 et 50 dont les émetteurs sont alimentés par le collecteur du transistor 41. La base du transistor 49 reçoit le signal de référence et la base du transistor 50 reçoit le signal à détecter c) une deuxième paire supérieure, constituée par des transistors 51 et 52 dont les émetteurs sont alimentés par le collecteur du transistor 42.La base du transistor 51 reçoit le signal à détecter et la base du transistor 52 reçoit le signal de référence. Les collecteurs des paires supérieures sont couplés en croix, c'est- -dire que le collecteur du transistor 49 est réuni au collecteur du transistor 51 et que le collecteur du transistor 50 est réuni au collecteur du transistor 52. L'ensemble des deux points ainsi définis est chargé par un réflecteur de courant constitué des transistors 53 et 54. La tension continue de sortie et le gain du détecteur sont définis respectivement par la valeur d'une résistance 55 branchée aux points de jonction entre les collecteurs des transistors 49 et 51 et entre les collecteurs des transistors 50 et 52, et par le rapport entre la résistance 55 et la résistance 44. La sortie du détecteur se fait donc au point de jonction des collecteurs des transistors 49, 51 et 53 et de la résistance 55. Le condensateur de filtrage (condensateur 11 sur la Fig. 1) n'est pas nécessaire ici, étant donné la fréquence choisie (aux alentours de 2 MHz). L'ondulation résiduelle présente donc une fréquence de 4 MHz et les capacités parallèles et temps de transfert des transistors PNP suffisent à la filtrer. L'amplificateur 9 et la source de courant 13 associée du dispositif de la Fig. 1 sont représentés par un transistor 56, la tension de référence 12 (Fig. 1) étant la valeur de la tension de seuil émetteur-base de ce transistor. Le collecteur du transistor 56,jouant le rôle de source de couvant, débite dans la résistance 33 et diminue ainsi le courant de collecteur du transistor 32, ce qui diminue la valeur de la résistance négative de l'amplificateur 25 et l'amplitude des oscillations du circuit 38,39 quand le détecteur 26 applique, sur la base du transistor 56, une tension, négative par rapport à Vcc, dont la valeur dépasse sa tension de seuil émetteur-base. Un transistor 57, identique au transistor 56 et chargé par une source de courant constituée par un transistor 58 et une résistance 59 constitue l'étage d'entrée de l'amplificateur à hystérésis 27. Un transistor 60 et une résistance 61 constituent un étage adaptateur d'impédance entre l'étage d'entrée précité et une bascule de Schmidt constituée par des transistors 62 et 63 et des résistances 64, 65 et 66. Le signal de sortie de cette bascule est prélevé par le transistor 67 associé aux résistances 68 et 69. Le point commun du collecteur du transistor 67 et de la résistance 69 attaque un transistor de sortie 70 dont le collecteur est connecté à la borne 18 par une résistance 71. Au point commun 72 du collecteur du transistor 70 et de la résistance 71, apparaît le signal de sortie du montage dont le fonctionnement est analogue à celui du détecteur décrit en référence à la Fig. 1. Le détecteur de proximité suivant l'invention présente les avantages suivants 1) l'oscillateur ne s'arrêtant jamais, il n'y a pas de temps d'établissement des oscillations ; donc la détection est extrêmement rapide ; 2) les oscillations étant toujours présentes, il peut y avoir identification positive de présence et d'absence de proximité 3) un ajustage de la sensibilité est possible par variation de la valeur de la résistance 15. REVENDICATIONS 1. Détecteur de proximité, du type comprenant un circuit oscillant à self et condensateur, dont l'amplitude des oscillations est sensible à la présence d'une charge dans le champ de la self du circuit oscillant, caractérisé en ce qu'il comprend un élément (3) à résistance négative variable, connecté aux bornes dudit circuit oscillant (1,2), un détecteur (10,9) des variations d'amplitude des oscillations du circuit oscillant par rapport à un niveau de référence, des moyens (13) pour engendrer un signal de commande de la valeur de la résistance négative dudit élément (3) en vue de compenser les variations d'amplitude desdites oscillations, et des moyens (14,15) d'évaluation dudit signal de commande. 2. Détecteur de proximité suivant la revendication 1, caractérisé en ce que ledit élément à résistance négative est constitué par un amplificateur (3) à gain variable dont l'entrée non inverseuse est connectée à l'entrée du détecteur (10,9) des variations des oscillations, dont la sortie est connectée à une borne du circuit oscillant (1,2) par l'intermédiaire d'un condensateur (4) et dont l'entrée inverseuse est connectée à l'autre borne du circuit oscillant, l'entrée (8) de commande de gain dudit amplificateur (3) étant connectée à la sortie des moyens (13) générateurs dudit signal de commande de la valeur de la résistance négative, ledit condensateur (4) faisant partie d'une boucle de réaction entre l'entrée non inverseuse et la sortie dudit amplificateur (3). 3. Détecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le détecteur (10,9) des variations d'amplitude des oscillations dudit circuit oscillant (1,2) comprend un détecteur (10) proprement dit, dont la sortie est connectée à une entrée d'un comparateur de tension (9),dont l'autre entrée (12) est connectée à une source de tension de référence et dont la sortie est connectée auxdits moyens (13) générateurs du signal de commande de la résistance négative dudit amplificateur (3). 4. Détecteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que ledit comparateur (9) est un amplificateur différentiel. 5. Détecteur suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que lesdits moyens générateurs du signal de commande de la résistance négative sont constitués par une source de courant (13) commandée par ledit comparateur (9). 6. Détecteur suivant les revendications 1 à 5 prises ensemble, caractérisé en ce que lesdits moyens d'évaluation dudit signal de commande comprennent une résistance (14) de prélèvement de courant, branchée en série entre ladite source de courant (13) et l'entrée (8) de commande de gain dudit élément (3) à résistance négative, et un amplificateur (15) connecté aux bornes de ladite résistance (14). 7. Détecteur suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le détecteur proprement dit (26) des variations d'amplitude des oscillations dudit circuit oscillant comprend un multiplicateur analogique (41,42,49,50,51,52) dont les deux entrées sont mises en parallèle. 8. Detecteur suivant l'une quelconque des revendications 2 à-7, caractérisé en ce que ledit amplificateur (25) à résistance négative est constitué par une paire différentielle de transi sa tors (28,29), les émetteurs de ces transistors étant connectés à une source de courant (32,33) et leurs collecteurs étant chargés par un réflecteur de courant (34,35), une résistance (36) définissant le gain de tension de l'amplificateur. 9. Détecteur suivant l'une quelconque des revendications 3 à 8, caractérisé en ce que ledit comparateur et lesdits moyens générateurs du signal de commande de la valeur de la résistance négative de l'amplificateur (3)- sont constitués par un transistor (56), la tension de référence appliquée à l'une des bornes dudit comparateur étant constituée par la tension de seuil émetteur-base dudit transistor, tandis que son collecteur joue le rôle de source de courant. 10. Détecteur suivant la revendication 6, caractérisé en ce que ledit amplificateur (27) connecté aux bornes de la résistance (33) de prélèvement de courant est un amplificateur à hystérésis comprenant un étage d'entrée (57,58,59), un étage adaptateur d'impédance (60,61) et une bascule de Schmidt (62,63,64,65,66).