Brevet FR2389140A1 — publié le 19781124

La présente invention a pour objet des dispositifs pour contrôler en permanence le bon fonctionnement d'un circuit électrique qui alimente en une tension alternative stable des appareils ayant une consommation normale bien dé terminée. Le secteur technique de ltinvention est celui de la construction des dispositifs de contrôle permanent du bon état et du bon fonctionnement des cir cuits électriques qui alimentent des appareils ayant une consommation normale bien-déterminée qui peut être constante ou périodique. Une application particulière mais non limitative est le contrôle permanent du bon etat des circuits électriques qui alimentent les feux de signa lisation, notamment les signaux ferroviaires. Dans cette application on doit signaler à un poste central tout défaut apparaissant dans les circuits ou sur les lampes elles-mêmes, c' est-à- dire des défauts qui peuvent entraîner soit un accroissement soit une diminu tion de la consommation. Un objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs de contrôle ayant un fonctionnement très sur* qui signalent tres rapidement tout défaut des circuits ou des lampes entraînant une variation de consommation relativement faible par exemple une variation de l'ordre de 10 % de la eonsommation normale. -Un autreobjectif de la présente invention est de procurer des dispositifs de contrôle des feux de signalisation qui permettent de contrôler le bon fonctionnement soit de feux fixes soit de feux clignotants. Un autre objectif de la présente invention est de procurer des dispositifs de contrôle qui permettent de transmettre les informations de contrô- le à grande distance jusqu La un poste de contrôle eentral sans risque de perte des informations en ligne et qui permettent également de transmettre plusieurs informations sur un mne conducteur, ce- qui permet de surveiller aux moindres frais de nombreux feux de signalisation répartis le long d'une voie ferrée. On rappelle que les feux de signalisation ferroviaire sont alimentés en FRANCE sous une tension alternative de 127 Volts 400Hz et que leur consommation normale est déterminée par la puissance des lampes. Les objectifs de l'invention sont atteints au moyen d'un dispositif pour contrôler le bon fonctionnement d'un circuit électrique alimentant en une tension alternative stable des appareils ayant une consommation normale bien déterminée, lequel dispositif comporte - un convertisseur qui convertit l'amplitude maxima de l'intensité du courant qui circule dans le circuit en unie tension proportionnelle V, - un oscillateur as table qui convertit ladite tension V en une fré quence vocale f proportionnelle à V, - un oscillateur qui émet une fréquence F constante nettement supérieure à f, - un mélangeur qui mélange les deux fréquences f et F, - un filtre à bande passante très étroite centrée sur l'une des valeurs F+foou F-fo, fo étant la valeur de la fréquence- f lorsque la consommation du circuit est normale, lequel filtre est connecté à la sortie dudit mélangeur, - un redresseur connecté à la sortie dudit filtre, - et un relais de signalisation ou d'automatisme alimenté par le courant continu délivré par ledit redresseur. Le filtre est de préférence un filtre électromécanique à diapason. L'oscillateur émettant la fréquence F est également un oscillateur électromécanique à diapason. Dans un dispositif selon l'invention pour contrôler le bon fonctionnement de circuits comportant des feux de signalisation clignotants; le convertisseur d'intensité en tension comporte un redresseur qui reçoit un courant dont l'intensité est proportionnelle à celle du courant qui circule dans le circuit contrôlé et dont la sortie est connectée par l'intermédiaire d'une diode, aux bornes d'un condensateur et la tension aux bornes dudit condensateur est la tension V qui est ensuite convertie en une fréquence f. De plus, un dispositif de ce type comporte un transformateur de couplage dont l'enroulement primaire est placé dans le circuit de charge dudit condensateur et dont le secondaire alimenter, par l'intermédiaire d'un redresseur, un amplificateur intercalé entre la sortie dudit filtre et le redresseur qui alimente le relais de signalisation ou d'automatisme. L'invention a pour résultat un nouveau dispositif pour contrôler le bon état et le bon fonctionnement des circuits électriques, notamment des lampes qui équipent les signalisations ferroviaires et des circuits qui les alimentent. Dans cette application, un dispositif selon l'invention présente l'avantage d'avoir un fonctionnement très sur à l'abri des signaux parasites et des variations dues aux conditions extérieures ou à des variations d'alimentation. En effet, la conversion de l'information en une fréquence permet de transporter ces informations à grande distance sans risques de perturbations de celles-ci par des pertes en ligne ou par des courants vagabonds puisque ceux-ci ne modifient pas les fréquences. Elle permet également de mélanger plusieurs informations sur un même conducteur et de les trier ensuite au moyen des filtres qui équipent les dispositifs ce qui réduit les frais de télétransmission à grande distance des nombreuses informations nécessaires pour surveiller un nombre important de feux de signalisation. Du fait que l'on convertit la consommation dans le circuit en une basse fréquence - et. que l'on mélange celle-ci a une fréquence fixe F relativement grande, les variations de consommation dues à des variations climatiques ou à des variations de la tension d'alimentation ont- une influence relative réduite sur la fréquence F+f.Il en résulte que le filtre utilisé peut être un filtre très sélectif, à bande passante très étroite, ce qui permet d'obtenir un dispositif à la fois très sensible et très sûr qui-détecte, avec une grande sécurité de fonctionnement, des défauts entraînant une variation relative de consommation de l'ordre de 10t de la consommation normale, ce qui permet de déceler les défauts dès qu'ils apparaissent et avant méme qu'ils ne perturbent sérieusement le fonctionnement. Un avantage important d'un dispositif selon l'invention réside dans le fait qu'il permet de surveiller aussi bien des feux fixes que des feux clignotants et de signaler immédiatement aussi bien des augmentations que des diminutions de consommation anormales. Les dispositifs selon l'invention comportant des filtres électroni quesà diapason et un oscillateur également à diapason qui émet la fréquence F présentent l'avantage que les diapasons équipant ces deux circuits ont des dimensions s-ensiblement identiques puisque leurs fréquences sont voisines et leurs dérive se neutralisent. Ces filtres et oscillateurs à diapason ont des caractéristiques très stables dans le temps de sorte que des dérèglages intempestifs des appareils de contrôle selon l'invention sont peu fréquents. La description suivante se réfère aux dessins annexés qui représentent, sans aucun caractère limitatif un exemple de réalisation d'un dispositif selonl'invention. - La figure 1 est un bloc diagramme. - La figure 2 est un schéma développé des circuits. La figure 1 est un bloc diagramme d'un dispositf selon l'invention. On se réfère à une application dans laquelle le dispositif est destiné à con trôner le bon fonctionnement d'ureou où plusieurs lampes 1 et le bon état des cir- cuits alimentant celles-ci Les lampes 1 sont par exemple des lampes de signalisation ferroviaire et il est très important pour la sécurité des convois ferroviaires d'etre alerté des que l'une des lampes est grillée ou dès qu'un défaut apparaît dans les circuits. Le fonctionnement normal des lampes peut être alternativement continu et clignoté et le dispositif doit indiquer tout défaut dans un cas comme dans l'autre. Les défauts peuvent entraîner soit une augmentation d'impédance des circuits par exemple dans le cas d'une lampe grillée, soit une diminution d'impédance dans le cas d'un défaut d'isolement. Enfin, les utilisateurs de ces dispsotifs de contrôle demandent que la détection des défauts soit très rapide afin de pouvoir réagir très vite et qu'elle ait lieu dès qu'une variation d'impédance de l'ordre de 10% seulement de l'impédance normale apparaît. il est précisé que l'application décrite n'est pas limitative et que l'invention couvre également toute application analogue par exemple le contrô- le des feux de signalisation routière ou le contrôle en temps réel du bon état de n'importe quel circuit d'alimentation d'un appareil ayant une consommation bien définie. La figure 1 représenteen 2 la source de courant qui alimente les lampes et qui délivre par exemple dans le cas des signaux lumineux ferroviaires un courant alternatif en 127 Volts et 400 Hz. Le dispositif de contrôle selon l'invention est intercalé entre la source 2 et les lampes 1. Il comporte un capteur d'intensité 3 qui est constitue par un transformateur de couplage dont l'enroulement primaire 4a est inséré dans le circuit d'alimentation des lampes et dont le secondaire 4b délivre une intensité I2 proportionnelle à l'intensité I1 consommée par les lampes. Le dispositif comporte un convertisseur 5 qui convertit l'intensité I2 en une tension continue V. La sortie du convertisseur 5 est connectée sur un convertisseur 6 qui convertit la tension V en une fréquence vocale f, par exemple en une fréquence comprise entre 15 Hz et 35 Hz. Lorsque la consommation du circuit est normale, f = fo. La sortie du convertisseur 6 est connectée sur un mélangeur 7 dont une deuxième entrée est connectée sur un oscillateur 8 qui délivre une fréquence F très stable et relativement grande par rapport à la fréquence f par exemple F = 1000 Hz. L'oscilLateur 8 est de préférence un oscillateur à diapason qui présente l'avantage d'être très stable. La sortie du mélangeur 7 qui délivre deux fréquences F+f et F-f est connectée sur un filtre 9 ayant une bande passante très étroite, par exemple une bande ayant une largeur totale de 4 Hz centrée sur la fréquence F+fo ou F-fo. De préférence le filtre 9 est un filtre à diapason qui présente l'avantage d'être très stable et très sélectif. De plus lorsque les filtres 8 et 9 sont tous deux des filtres à diapason, leur dérives sont sensiblement identiques ce qui évite des alarmes intempestives dues à la dérive du filtre 9. Le signal alternatif délivré par le filtre 9 est amplifié en 10, puis redressé et la tension continue constitue le signal de sortie qui agit par exemple sur un relais 11 de signalisation ou de défaut ou sur une relais d'automatisme. L'amplificateur 10 est alimenté en tension continue par un conducteur 12 qui est connecté sur la sortie d'un circuit 13 dit circuit de surveillance qui est connecté sur le circuit convertisseur 5. Le filtre diapason 9 a une inertie mécanique et lorsque les lampes clignotent la vibration en résonance du diapason est perturbée par la fréquence des clignotements. Pour pallier cet inconvénient, le convertisseur 5 comporte un condensateur 14 qui fait fonction d'intégrateur. La tension aux bornes du condensateur 14 est la tension V. Lors de chaque clignotement d'une lampe, le circuit de surveillance 13 prélève une partie de l'intensité de charge du condensateur et charge un condensateur réservoir qui alimente en tension continue l'amplificateur 10. Le fonctionnement est le suivant Le condensateur intégrateur 14 comporte un circuit de décharge lente à constante de temps relativement grande, nettement supérieure à la période des clignotements. Lorsque la consommation de courant des lampes 1 est normale, aussi bien en fonctionnement permanent que clignoté, il circule dans le convertisseur 5 une intensité de charge du condensateur 14 dont une partie est prélevée par le circuit 13 pour alimenter l'amplificateur 10. Si par suite d'un mauvais isolement des circuits la consommation augmente et dépasse la consommation normale d'une quantité supérieure à un seuil déterminé > parexemple de plus de 10% de la consommation normale, la fréquence f augmente et la fréquence F+f par exemple sort de la bande étroite du filtre 9 qui n'émet plus. Le relais 11 n'est plus excité et signale immédiatement le défaut. Si au contraire la consommation du circuit surveillé diminue par rapport à la consommation normale et descend au-dessous d'un seuil déterminé, le circuit de surveillance 13 détecte immédiatement l'absence de courant de charge du condensateur, l'amplificateur 10 n'est plus alimenté et le relais 11 n'est plus excité et signale le défaut. Le circuit de surveillance 13 est nécessaire pour signaler en temps réel les défauts qui entraînent une diminution de consommation, par exemple une lampe qui se grille. En effet, si ce circuit n' existait pas, il faudrait attendre que le condensateur intégrateur se soit déchargé suffisamment pour que la fréquence F+f sorte de la bande passante du filtre 9 et comme le condensateur se décharge lentement on n'aurait l'information qu'après un délai relativement long. Le fait que l'on convertit la tension V en une fréquence vocale f très basse et que lton mélange celle-ci à une fréquence F beaucoup plus élevée présente plusieurs avantages. Tout d'abord, il permet d'utiliser un filtre diapason ayant une fréquence de résonance F+fo élevée qui correspond à un diapason de dimensions acceptables. D'autre part la fréquence F est fournie également par un oscillateur diapason qui délivre une fréquence très stable. Il en résulte que l'on élimine les causes de fausses alarmes dues à la dérive 4f de la fréquence f, car la valeur relative de Af par rapport à F+f est très faible et l'on peut donc utiliser un filtre à bande très étroite et détecter avec sûreté des défauts entraînant une faible variation relative d'impédance, par exemple des variations de l'ordre de 10%. Enfin l'oscillateur 8 et le filtre 9 étant tous deux constitués par des diapasons ayant des fréquences de résonance F et F+fo ou F-fo voisines ont des dérivés également voisines dont les effets s'annulent. La figure 2 représente un schéma développé des circuits et des compo-- sants d'un exemple de réalisation d'un dispositif selon la figure 1. On a représenté en pointillés sur cette figure 2 les blocs 3, 5, 6, 7, 8, 9, 10 et 11 de la figure 1. On retrouve dans le bloc 3 l'enroulement primaire 4a du transformateur de mesure inséré dans le circuit à contrôler, par exemple dans un circuit qui alimente les lampes 1 d'une signalisation ferroviaire en courant alternatif 127 Volts 400 Hz. Le secondaire 4b du transformateur de mesure alimente le dispositif selon l'invention. Il est connecté sur le circuit 5 qui comporte un redresseur 15 formé par un pont de diodes qui délivre un courant périodique, constamment positif, dont la fréquence est de 800 Hz. La sortie du redresseur 15 est connectée sur des résistances variables ou connectables 16 qui sont ajustées en fonction de la consommation normale dans le circuit contrôlé. En effet, dans le cas de signaux lumineux ferroviaires par exemple, la puissance normale peut varier de 10W à 75w selon le nombre de lampes et la puissance de celles-ci. Les résistances 16 permettent d'adapter le dispositif au circuit à contrôlerfau moment de la mise en service. Le circuit 5 comporte en outre une résistance 17 couplée à un transistor 18 qui fait fonction de limiteur d'intensité lors de la mise en service tant que le condensateur 14 n'est pas charge. Le circuit 5 comporte en outre le condensateur 14 et une diode 19 qui empêche le condensateur de se décharger à travers les résistances 16. La tension aux bornes du condensateur est lue au moyen d'un transistor de leetúre à très haute impédance monté en collecteur commun. L'émetteur du transistor 20 délivre une tension V égale à la tension de charge du condenseur 14. Il est connecté sur le circuit 6. Le circuit 6 est un oscillateur astable d'un type connu qui oscille avec une fréquence f qui varie en fonction de la tension V. On choisit par exemple un oscillateur 6 dont la fréquence varie de façon sensiblement linéaire dans des fréquences vocales très basses,par exemple entre 15 Hz et 35 Hz, lorsque la tension V varie entre 0 et la tension maxima que peut supporter le condensateur 14 qui est par exemple de 40V Lorsque la consommation du circuit à con trôler est normale, f est égal à fo, par exemple fo = 25 Hz + 2Hz compte tenu de la dérive de I'oscillateur6. Le circuit 8 est un oscillateur connu émettant une fréquence F très stable, par exemple une fréquence de 1000 Hz. De préférence, on choisit un oscillateur à diapason composé d'un amplificateur opérationnel 21 couplé à un diapason 22 monté dans une boucle de contre réaction. Les sorties des circuits 6 et 8 sont connectées sur le circuit mélangeur 7 qui est constitué essentiellement d'un transistor 23 qui reçoit les deux courants de fréquence f et F sur sa base et qui délivre un courant alternatif modulé dans lequel coexistent les fréquences F+f et F-f. Ce courant modulé est envoyé sur un conducteur 24 qui peut être un conducteur de grande longueur reliant les signaux à un poste de contrôle central. Le conducteur 24 est connecté sur le circuit 9 qui est constitué par un filtre à diapason 25 comportant un diapason récepteur 25a et un diapason émetteur 25b. On sait qu'un tel filtre à une bande passante très étroite (+ 2Hz) et très stable qui correspond à la fréquence propre du diapason. On choisit un diapason ayant une bande passante centrée par exemple sur la fréquence F+fo (ou bien sur F-fo) par exemple un filtre ayant une bande passante comprise entre 1023 Hz et 1027 Hz. Dès que l'écart Af = f-fo est supérieur à la demi-largeur de la bande passante, le filtre bloque le passage du courant. Le circuit 10 comporte deux étages amplificateurs constitués par deux transistors 26 et 27. La sortie du transistor 27 est connectée par l'intermédiaire d'un transformateur 28 sur un redresseur formé d'une diode 29 et d'un condensateur 30. La tension aux bornes du condensateur alimente la bobine 31 d'un relais 11 dont les contacts 32 Sont insérés-dans des circuits d'alarme ou d'automatisme. Le circuit 13 comporte un transformateur de couplage 33 dont le primaire est inséré dans le circuit de charge du condensateur 14 de sorte que chaque fois qu'il circule un courant de charge dans le primaire, une partie est prélevée au secondaire du transformateur, ce qui a pour effet dans le cas de lampes clignotantes d'amortir les pics d'intensité qui ont lieu lors de chaque allumage d'une lampe. Le secondaire du transformateur 33 est connecté sur deux étages amplificateurs 34 et 35. La sortie de l'étage 35 est envoyée par l'intermédiaire d'un transformateur de couplage 36 sur un redresseur constitué par une diode 37 et un condensateur 38. La tension continue redressée alimente le transistor 26 du circuit 10. Le circuit de décharge du condensateur 14 est constitué par le transistor à haute impédance 20 et la constante de temps de décharge est relativement grande de l'ordre de plusieurs secondes.Lorsque les lampes clignotent avec une période de l'ordre de la seconde, le condensateur 14 garde en mémoire la tension V entre les clignotements et ceux-ci ne perturbent donc pas le bon fonctionnement du filtre diapason 9. Lorsque le circuit à contrôler est normal entre deux alternances du courant alternatif, le condensateur 14 se décharge légèrement de sorte qu'il circule toujours un courant de charge du condensateur dans le primaire du transformateur 33 et celui-ci suffit à alimenter le transistor 26. Si la consommation dans le circuit contrôlé augmente, la tension aux bornes du condensateur croît instantanement car la constante de temps du circuit de charge du condensateur est très faible. La fréquence f varie et le filtre 9 détecte aussitôt le défaut. Si au contraire la consommation dans le circuit contrôlé diminue, le condensateur 14 sedécharge très lentement et s'il n'y avait pas le circuit de surveillance 13 le dispositif mettrait plusieurs dizaines de secondes pour signaler un défaut de ce type. Lorsque la consommation décrolt, le condensateur 14 ne se charge plus et le transormateur 33 détecte immédiatement qu'il ne circule plus aucun courant de charge du condensateur 14. Le condensateur 38 se décharge rapidement et le transistor 26 n'est plus alimenté. Dans les deux cas de défaut, la bobine 31 du relais 11 se trouve donc privée de courant et le dispositif signale en temps réel l'apparition d'un défaut dans le circuit contrôlé. Le temps de décharge du condensateur 38 est supérieur à la demi-période du clignotement des lampes afin de maintenir l'alimentation du transistor 26 entre deux clignotements. On a vu que le conducteur 24 pouvait avoir une grande longueur pour transmettre les informations à un poste de contrôle éioigné. On peut également brancher en parallèle sur le conducteur 24 plusieurs dispositifs de contrôle. Dans ce cas, les fréquences F+f se mélangent sur le fil. Au poste de contrôle, chaque filtre diapason surveille une bande de fréquence. Bien entendu, dans ce cas, les bandes de fréquence des différents dispositifs de contrôle et des différents filtres sont séparées les unes des autres par des intervalles suffisants pour qu'elles ne se recouvrent pas. Bien entendu, sans sortir du cadre de l'invention, les divers éléments constitutifs des circuits qui viennent d'être décrits à titre d'exemple pourront être remplacés par des composants équivalents remplissant les mêmes fonctions-. REVENDICATIONS 1 - Dispositif pour contrôler en permanence le bon fonctionnement d'un circuit électrique alimentant en une tension alternative stable des appareils ayant une consommation normale bien déterminée, caractérisé en ce qu'il compor te - un convertisseur qui convertit l'amplitude maxima de l'intensité du cou rant qui circule dans le circuit en une tension proportionnelle V, - un oscillateur as table qui convertit ladite tension V en une fréquence vocale f proportionnelle à V, - un oscillateur qui émet une fréquence F constante nettement supérieure à f, - un mélangeur qui mélange les deux fréquences f et F, - un filtre à bande passante très étroite centrée sur l'une des valeurs F+fo ou F-fo, fo étant la valeur de la fréquence f lorsque la consommation du circuit est normale, lequel filtre est connecté à la sortie dudit mé langeur, - un redresseur connecté à la sortie dudit filtre, - et un relais de signalisation ou d'automatisme alimenté par le courant continu délivré par ledit redresseur. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit filtre est un filtre électromécanique à diapason. 3 - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que ledit oscilla teur émettant la fréquence F est également un oscillateur électromécanique à diapason. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, pour contrôler le bon fonctionnement de circuits comportant des feux de signalisation clignotants, caractérisé en ce que ledit convertisseur comporte un redres seur qui reçoit un courant dont l'intensité est proportionnelle à celle du courant qui circule dans ledit circuit et dont la sortie est connectée par l'intermédiaire d'une diode aux bornes d'un condensateur et la tension aux bornes dudit condensateur est la tension V. 5 - Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce qu' il comporte un transformateur de couplage dont l'enroulement primaire est placé dans le circuit de charge dudit condensateur et dont le secondaire alimente, par l'intermédiaire d'un redresseur, un amplificateur intercalé entre la sortie dudit filtre et le redresseur qui-alimente ledit relais.