Brevet FR2320662A1 — publié le 19770304

La présente invention, étudiée dans le cadre du Département MTI de la Société des Produits Industriels ITT, a pour objet un oscillateur pour détecteur de proximité et un détecteur de proximité en faisant usage. Dans la demande de brevet français n0 74 34074 déposée le 10 Octobre 1974 au nom de la Société Demanderesse pour un "Détecteur magnétique de proximité d'objets métalliques", on décrit un tel détecteur composé essentiellement d'un oscillateur dont l'inductance du circuit accordé est réalisée sous la forme d'un bobinage monté dans un demi-pot ferrite. En approchant un objet métallique de ltextrémité ouverte du demi-pot, on cause une variation de l'amplitude de l'oscillation produite par l'oscilla- teur.Cette variation est décelée par un circuit détecteur~ comparateur prélevant une partie du signal alternatif entretenu par ltoscillateur et fournissant un signal à deux niveaux caracterisant l'absence ou la présence d## objet dans le champ du detecteur de proximité. Enfin, une partie de ce signal est réinjectée dans l'oscillateur pour accélérer les changements d'état du détecteur et introduire une hystérésis calibrée. La présente invention a pour objet un montage oscillateur particulièrement adapté en vue de l'application dans un tel détecteur de proximité et une forme de réalisation du détecteur de proximité aménagée pour faire usage de cet oscillateur. Lfosaillateur de ltinvention dérive des montages classiques et comprend un transistor avec une résistance de polarisation de base et un circuit LC parallèle couplé aussi à la base du transistor à travers une diode de compensationde température, circuit LC dont une branche possède une prise intermédiaire couplée à ltémetteur du transistor.Il est caractérisé par le fait que le collecteur du transistor est directement polarisé par la source dtalimentation, tandis que deux résistances sont intercalées, l'une entre la base du transistor et le circuit LC, l'autre entre ltémetteur du transistor et la prise intermédiaire de l'inductance du circuit LC, les valeurs de ces deux résistances étant voisines l'une de l'autre et faibles devant celle de la résistance de polarisation de base, de sorte que le transistor fonctionne pratiquement en classe BouC et que la consommation de ltoseillateur est fonction de l'amplitude de lt oscillation, ce qui permet de déceler la présence d'un objet dans le champ du détecteur de proximité, par l'observation du courant demandé à la source d'alimentation par 12oseillateur. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait de prévoir un condensateur en parallèle sur la résistance intercalée entre l'émetteur du transistor de l'oscillateur et le circuit LC, afin de pouvoir ajuster séparément les modes de fonctionnement statique et dynamique de ltoscillateur. Une autre caractéristique de 1 t invention réside dans le fait de prévoir un deuxième transistor associé au premier transistor dans un montage de Darlington, ainsi qutune deuxième diode en série avec la diode de compensation de température, tandis que l'on utilise une résistance de polarisation de base de valeur comparativement plus élevée, ce qui renforce l'effet des variations d'amplitude de ltoscillation sur la consommation de ltoscillateur et permet ainsi d'améliorer les performances du détecteur de proximité. Une autre caractéristique de ltinvention réside dans le fait qu'un condensateur accumulateur est prévu aux bornes dtalimentation de ltoscillateur tandis qutune résistance dtalimen- tation est intercalée entre une borne de la source dtalimentation et le condensateur accumulateur, la tension aux bornes de cette résistance d'alimentation étant ainsi utilisable pour déceler la présence d'un objet dans le champ du détecteur de proximité. Une autre caractéristique de l'invention réside dans le fait de prévoir aussi un amplificateur commandé par la différence de potentiel aus bornes de la résistance d'alimentation et dont la sortie est couplée en un point de l'oscillateur de manière à amplifier toute variation de consommation de l'oscillateur et à introduire une hystérésis calibrée dans le fonctionnement du détecteur. Les différents objets et caractéristiques de l'invention vont maintenant être détaillés dans la description qui va suivre, donnée à titre dtexemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent : - la figure 1, le schéma de principe d'un oscillateur conforme à la présente invention - la figure 2, le schéma d'un détecteur de proximité conçu conformément à l'invention et incorporant ltoscillateur de la figure 1. On décrira donc d'abord, en se reportant à la figure 1, le schéma de principe d'un oscillateur conforme à la présente invention Cet oscillateur comprend essentiellement un transistor TRi de type NPN dont la base est polarisée à un potentiel positif +Vc à travers une résistance RI et dont le collecteur est directement polarisé à ce meme potentiel vVc, ainsi qu'un circuit LC parallèle comprenant une inductance LI et une capacité Cl. L'inductance LI, dans le cadre d'un détecteur de proximité sera avantageusement réalisée sous la forme d'un bobinage monté dans un demi-pot ferrite, de façon que l'approche d'un objet métallique engendre des pertes et diminue le facteur de qualité du circuit LO. Une borne de ce circuit LC est polarisée à un potentiel négatif -Vc. Lut autre borne est couplée à la base du transistor TRI à travers une résistance R2 et une diode Dt (en supposant qutexiste la connexion en trait interrompu clr L'inductance Li possède par ailleurs un point intermédiaire pi auquel est couplé l'émetteur du transistor TR à travers une résistance R3 (en supposant qutexiste aussi la connexion en trait interrompu c2). On supposera tout d'abord qu'aucune oscillation n'est engendrée par l'oscillateur de la figure 1, pour examiner seulement la répartition des courants en régime statique. Un courant id circule par la résistance RI, la diode D1, la connexion ci, la résistance R2 et l'inductance Lt. La résistance Ri est de valeur relativement élevée, tandis que la résistance R2 a une valeur comparativement faible ; la résistance de l'inductance Li est négligeable. Par suite, le courant id considéré est faible le potentiel de la base du transistor TRI est de peu supérieur à la tension de seuil de conductibilité de la diode Dl, si l'on se réfère au potentiel -Vc. La diode Dt est choisie de manière à ce que sa tension de seuil soit supérieure à celle de la jonction base-émetteur du transistor TRi.Celui-ci est donc rendu conducteur par une dérivation du courant issu de la résistance Ri. De ce fait, un courant it circule par le collecteur du transistor TRi, son émetteur, la connexion c2, la résistance R3, le point pi de l1inductance Li. La résistance R2 ayant une valeur du meme ordre de grandeur que celle de la résistance R3, tandis que le seuil de conductibilité du transistor TRI est du même ordre de grandeur que celui de la diode Dt, bien qutinférieur, le courant it est lui-même peu différent du courant id, puisque le transistor TRI demeure conducteur, malgré la tension développée aux bornes de la résistance R3 . Le courant it est donc de faible valeur et la consommation de l'ensemble de l'oscillateur est minimale. Si l'on suppose maintenant que le circuit Lt-C1 est le siège d'une oscillation, les alternances positives fournies à la diode D1 élèvent le potentiel de la base du transistor TR1 et augmentent le courant dans le transistor TRi. Elles sont ainsi amplifiées pour être retransmises à l'inductance Li par le point ce cequi entretient l'oscillation, dont l'amplitude est limitée au niveau où la diode DA commence à se bloquer. Par contre, les alternances négatives sont pratiquement sans effet car le transistor TRi se bloque. On voit ainsi que, lorsque ltoscillateur fonctionne, le transistor TRI laisse passer des impulsions de courant correspondant aux alternances positives de ltoscillation.La consommation moyenne de courant de 12oscillateur est alors relativement élevée et elle est proportionnelle à l'amplitude des oscillations. Dans le cadre d'un détecteur de proximité, l'approche d'un objet dans le champ de l'inductance Li provoque ainsi une diminution progressive de ltamplitude de l'oscillation voire une interruption pure et simple de l'oscillation et une diminution corrélative de la consommation moyenne de ltoscillateur. On remarquera que, dans le montage décrit, la résistance R3 a de multiples rôles. Comme résistance d'émetteur dans une configuration à collecteur commun, elle limite la charge reportée sur le circuit LC par le circuit de base du transistor TRI, ce qui lui conserve un facteur de qualité élevé. Elle apporte aussi une contre-réaction qui stabilise le gain de l'amplificateur malgré la dispersion du gain du transistor lui-même. Enfin, conjointement avec la résistance R2, elle permet l'ajustement de la compensation des effets de la température. Toutefois, dans certaines applications, les différents rabs que joue cette résistance peuvent amener à lui donner une valeur relativement élevée nuisant à ltentretien des oscillations. On prévoit donc de lui associer en parallèle un condensateur C2 (connexions en croix) de valeur appropriée. On remarquera enfin que le montage décrit permet aussi, si l'application ltexige, un fonctionnement en classe A, par le choix d'une diode D1 ayant une tension de seuil nettement plus élevée que celle du transistor TRI, ou par l'insertion d'une diode D2 en supprimant la connexion ci. En régime stationnaire on élève ainsi la tension de base du transistor TRi d'une valeur Vs et son courant d'émetteur d'une valeur Vs à un niveau permettant le R3 fonctionnement en classe A. L'oscillateur peut alors être utilisé dans le détecteur de proximité de la demande de brevet français précédemment mentionnée. Si l'on s'en tient par contre à un oscillateur dont la consommation moyenne varie avec l'amplitude de l'oscillation, donc avec l'approche d'un objet dans le champ du bobinage LI, l'invention prévoit en outre de renforcer la variation de consommation en adjoignant un transistor TR2 de type NPN et la diode D2, par suppression des connexions ci et c2. Le transistor TR2 est combiné avec le transistor TRI dans un montage Darlington dont le gain de courant est sensiblement le produit des gains de courant des transistors individuels. Simultanément, la diode D2-permet, en régime stationnaire de porter la base du transistor TRI à un potentiel suffisant pour que les deux transistors dont les seuils s'additionnent puissent etre aussi conducteurs.En conséquence, on peut donner à la résistance RI une valeur considérablement plus élevée, puisque le courant de base nécessaire au montage Darlington est beaucoup plus faible que pour un transistor simple. On y gagne alors une réduction de consommation plus accentuée lorsque ltamplitude de ltoscillation-décrott et, par ailleurs, une diminution substantielle de la charge imposée au circuit LC, ce qui augmente la sensibilité de l'oscillateur à la présence d'objets à détecter. On décrira maintenant, en se reportant à la figure 2, le schéma de principe d'un détecteur de proximité conçu conforme'- ment à l'invention et faisant usage de l'oscillateur de la figure 1. On y retrouve donc en OSC, l'oscillateur de la figure 1 dont on nta représenté que le transistor TR2, la résistance R3, l'inductance LI et les barres d'alimentation +Vc et -Vc. Le détecteur est complété par un condensateur accumulateur CA et une résistance d'alimentation RO connectant les barres Vc et -Vc aux piles V et -V d'une source de tension continue.Le condensateur CA élimine les fluctuations du potentiel des barres +Vc et -Vc qui résulteraient du fonctionnement intermitent du transistor Tir2. La source +V/-V fournit donc un courant continu dont les seules variations sont celles qui résultent des changements de ltamplitude moyenne des oscillations dans l'oscillateur, en repense au déplacement d'objets à détecter à proximité de l'inductance Lt. Le détecteur comprend en outre un transistor TR3 de type NPN dont la base est couplée à la barre -Vc et 11 émetteur à la borne -V tandis que son collecteur est polarisé au potentiel +V à travers la résistance R4. Ce collecteur commande la sortie S. il est de plus connecté par la résistance R5 à un point de l'oscillateur, en l'espèce à l'émetteur du transistor TR2. Si l'oscillateur fonctionne et consomme du courant, la chute de tension dans la résistance RC est suffisante pour que le transistor TR3 conduise. Le potentiel de la sortie S est minimal. il en est de meme du courant envoyé à travers la résistance R5 vers la résistance R3. Le potentiel de l'émetteur du transistor TR2 n'est pratiquement pas affecté. Si ltoscillateur cesse de fonctionner, à ltapproche d'un objet à détecter, le courant dans la résistance RC diminue, de m8me que le courant dans laresistance R4. La sortie S devient positive. Un courant plus important est injecté par les résistances R4 et R5 dans la résistance R3. Il élève le potentiel de l'émetteur du transistor TR2 qui devient encore moins conducteur. Ltoscillateur OSC consomme encore moins, etc. Le phénomène est cumulatif et accélère le changement d'état du détecteur. il est\dosé, en choisissant une valeur suffisante pour la résistance R5, de manière à introduire une hystérésis aussi faible que l'exigent les conditions d'application. En cas de besoin et pour faciliter l'ajustage du fonctionnement du détecteur aux conditions d'emploi, le transistor TR3 peut être remplacé par un amplificateur à seuil calibré, un amplificateur différentiel doté d'une source de référence par exemple. On voit ainsi que ltoscillateur de la figure t permet, selon l'invention, la réalisation d'un détecteur de proximité remarquablement simple, bien que ses performances soient particulièrement élevées. il est bien évident que la description qui précède nta été donnée qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent etre envisagées sans sortir pour autant du cadre de l t invention. REVENDICATIONS 1. Oscillateur pour détecteur de proximité comprenant un transistor, un circuit de base comprenant, en série, une résistance de polarisation, une diode de compensation de température dont le seuil est égal ou supérieur au seuil de la jonction base-émetteur du transistor et un circuit LC parallèle dont une branche réactive possède une prise intermédiaire, ce circuit de base étant connecté entre les deux pales de la source d'alimentation et la base étant connectée entre la résistance de polarisation et la diode, un circuit de polarisation du collecteur du transistor, ainsi qu'un circuit couplant l'émetteur du transistor à ladite prise intermédiaire, caractérisé par le fait qutune résistance au moins est intercalée entre l t émetteur du transistor et la prise intermédiaire, pour que le transistor soit sensiblement polarisé au repos en classe B et que la consommation de l'oscillateur dépende de l'amplitude des oscillations. 2. Oscillateur tel que défini par la revendication t et caractérisé par le fait que le collecteur du transistor est directement polarisé à la source d'alimentation, tandis que deux résistances sont intercalées, l'une entre la base du transistor et le circuit LC, l'autre entre l'émetteur du transistor et la prise intermédiaire du circuit LC, les valeurs de ces résistances étant telles que le transistor fonctionne pratiquement en classe B et que la consommation de l'oscillateur dépende de l'amplitude des oscillations. 3. Oscillateur tel que défini par les revendications 1 ou 2 et caractérisé par le fait qu'un condensateur est connecté en parallèle sur la résistance intercalée entre l'émetteur du transistor et la prise intermédiaire de l'inductance du circuit LC, pour l'ajustement séparé des modes de fonctionnement statique et dynamique de l'oscillateur. 4. Oscillateur tel que défini par les revendications 1 ou 2 et caractérisé par le fait qu'un deuxième transistor est associé au premier transistor mentionné, dans un montage de Darlington, tandis qu'une deuxième diode est connectée en série avec ladite diode de compensation de température et que la valeur de la résistance du circuit de polarisation de la base du premier transistor est sensiblement plus élevée, ce qui renforce l'effet des variations de l'amplitude des oscillations sur la consommation de ltoscillateur. 5. Détecteur de proximité faisant usage de l'oscillateur défini par l'une des quatre revendications précédentes , caracté risé par le fait qutil comprend un condensateur accumulateur connecté aux bornes d'alimentation de l'oscillateur et, entre ces dernières et une source de tension d'alimentation, auaumoins une résistance d'alimentation telle que la tension développée à ses bornes soit disponible pour déceler la présence d'un objet à proximité de l'inductance du circuit LC causant une diminution de l'amplitude des oscillations et, par suite, une réduction du courant d'alimentation de l'oscillateur. 6. Détecteur de proximité selon la revendication 4 et caractérisé par le fait qu'il comprend un amplificateur dont l'entrée est commandée par la différence de potentiel existant aux bornes de la résistance d'alimentation et dont la sortie est couplée par un circuit résistif en un point de l'oscillateur choisi de manière à amplifier toute variation de consommation de l'oscil- lateur et à introduire ainsi une hystérésis calibrée dans le fonctionnement du détecteur de proximité.