Brevet FR2391140A1 — publié le 19781215

L'invention se rapporte aux dispositifs utilisés pour fournir un signal, qui est, soit destiné arrêter une machine textile en cas de rupture du fil ("casse-fil"), soit à indiquer des défauts qui modifient les dimensions de la section du fil ("épurateurs) . I1 existe diverses classes de dispositifs dece genre (mécaniques, électrostatiques, piezoélectriques, opto-electroni- ques) et l'invention concerne exclusivement ceude ces dispositifs qui comportent un organe photo-émîssif associe à un organe photo-récepteur le fil en mouvement interceptant le faisceau lumineux émis par organe photo-emissif et capté par l'organe photo-.récepteur et un organe detecteur fournissant un signal re prêsentatif de la variation de l'un des paramètres lies à ce mouvement L'invention sera plu-s particulièrement décrite en se référant à un casse-fil du type dans lequel le fil effectue un va et vient à cadence rapide en interrompant ainsi périodiquement le faisceau lumineux . Le signal fourni par le photo-recepteur est alors constitué d'impulsions engendrées à la cadence de l'interruption . Il doit cependant être bien Compris que l'invention s'applique également à d'autres types de -dispositifs, et notamment à ceux ou le fil défile de façon rectiligne et continue dans le faisceau . Dans ce cas, le parametre lié au mouvement du fil est constitue par la-variation de la section de la partie du fil qui intéresse le faiscea.u . Les dispositifs opto-électroniques du genre susvisé, dans lesquels la production du signal est liee à un mouvement du fil (et non à sa simple présence) possèdent des avantages importants .Non seulement 1-a détection s'e-ffectue sans contact materiel avec le fil, mais encore le fonction-nement est à sécurité positive, en ce sens que toute cause accidentelle d'interruption du faisceau lumineux (par exemple, accumulation de poussière sur les organes opto-électroniques ou présence accidentelle du fil sans mouvement) se traduira par une signalisation (ce qui n' est pas le cas avec un détecteur de présence) Cependant, ce genre de dispositifs est relativement sensible aux nombreuses eauses de perturbations, telles que : dispersion des caractéristiques des organes opto-électroniques, variation des paramètres mécaniques du montage (désalignement), vieillissement des composants, éclairements parasites, absorptions parasites du faisceau (poussiere), influence de la température sur les caracteristiques des composants .Ces perturbations peu vent modifier la sensibilité de l'appareil et nuire à son bon fonctionnement L'invention se propose de reduire au minimum l'influ ence des perturbations, sans augmenter notablement la complexité du dispositif A cet effet, l'organe photo-récept-ur est relie à un amplificateur de puissance qui alimente l'organe photo-emissif par l'intermédiaire d'un circuit de liaison comprenant un amplifi cateur, l'ensemble formant une boucle de régulation qui se referme par le faisceau lumineux, et un filtre passe-bas est insére dans le dit circuit de liaison, ledit filtre ayant une fréquence de coupure notablement inférieure à la frequence des variations du paramètre lie au mouvement du fil, (c'est-à-dire, dans le cas d'appli cation plus spécialement décrit, la fréquence d'interruption du faisceau) Il résulte de cette particularite de l'invention que, dans les limites de la rêgulationle fonctionnement du dispositif est rendu indépendant des perturbations mentionnées ci-dessus, sans que pour cela le signal reprêsentatif de la variation se trouve annulé par la régulation (puisque la boucle de régulation, gra- ce à la présence du filtre passe-bas, n'agit pas dans la gamme de fréquences dudit signal) Suivant une autre particularité importante de l'invention, un filtre passe-haut relie l'organe photo-recepteur à l'organe détecteur et possede une frequence de coupure notablement supérieure à la fréquence des perturbations corrigées par la boucle de regu- lation .Il en resulte que ces dernières ne sont pas prises en compte par l'organe détecteur, même pour les faibles vitesses de mouvement du fil . D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après Au dessin annexé la figure 1 est un schéma de principe d'un casse-fil opto-electronique à va et vient conforme à l'invention; et la figure 2 représente les formes d'ondes en différents points du circuit de la figure 1 A la figure 1, on a représente une diode électro-luminescente 1 qui émet un faisceau infra-rouge reçu par un photo-transistor 2. La manière dont ce faisceau est interrompu par un fil en mouve ment de va et vient à cadence rapide est classique dans ce genre d'appareils et n'a pas éte représentée. Le photo-transistor 2 est alimenté, entre la masse et une source de * 24 volts, à travers une diode 3 et deux résistances 4 et 5. Une diode deZe,er 6 et un condensateur 7 sont montés en parallèle entre les fils d'alimentation et assurent la stabilisation de la tension d'alimentation La diode 1 est alimentée à travers la diode 3, un transistor 8 dont le collecteur est relié à la cathode de la diode 3 par une résistance 9 et dont la base est reliée à la résistance 4, une résistance 10 qui relie l'émetteur du transistor 8 à un transistor 11, et le circuit collecteur émetteur de ce dernier sur lequel un condensateur 12 est branché en parallèle. Le collecteur du photo-transistor 2 est relié à la base du transistor 11 par un circuit comprenant une résistance 13, un amplificateur différentiel 14 de gain en tension egal à l'unité, et deux résistances 15 et 16. Une résistance 17 relie la sortie de l'amplificateur 14 à sa borne inverseuse. Les résistances 15 et 16 forment, avec un condensateur 18 qui relie leur point commun à la masse, un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est notablement inférieure à la fréquence d'interruption du faisceau par le fil. A titre exemple, la résitance 15 a une valeur de 6800 ohms, la resistance 16 une valeur de 3900 ohms et le condensateur 18, une valeur de 47 microfarads, si bien quelea fréquence de coupuredu filtre est d'environ 1 Hz. Le collecteur du photo-transistor 2- est relié à l'entrée d'un amplificateur 19 par l'intermédiaire d'un condensateur 20 en série avec une résistance 21. A titre d'exemple, le condensateur 20 a une c pacite de 0,1 microfarad et la résistance 21 a une valeur de 10 kilo-ohms, si bien que la fréquence de coupure du filtre passe-haut ainsi constitué est d'environ 100 Hz. La sortie de l'amplificateur 19 est reliée à une bascule monostable 22 alimentée à travers une resistance 23 qui sert de référence de courant et elle-même reliée à un amplificateur dif férentiel 24 par l'intermédiaire d'un circuit à constante de temps dissymétrique constitué par un condensateur 25 et par trois resistances 26, 27, 28 montées comme indique au schéma. Cet amplificateur est alimente à travers des résistances 29 et 30 et est monté en bascule à deux seuils de declenchement (bascule de SCHMITT par exemple). Un étage de puissance, constitué de deux transistors 31 et 32 montés en DARLINGTON,est relie à la sortie de la bascule 24 par l'intermédiaire de deux résistances 33 - 34 et d'un condensateur 35 qui relie à la masse le point commun aux résistances 33 34 Les transistors 31 et 32 sont alimentés à travers la résistance 29 et une diode 36 . Une diode de ZENER 37 relie le collecteur du transistor:32 à la masse.Ledit collecteur est par ail-- Jours relie une source de tension (31 v max) d'alimentation d'un organe coupe-fil ou d'un relais de signalisation 38, a travers une iode 39 En fonctioanemEnt, l'interruption périodique du faisceau lumineux par le fila pour effet la production d'un train d'impulsions à la même fréquence au collecteur du photo-transistor 2 tFor- mé d'onde (a), figure 25 l'amplificateur 19 amplifie ces impulsions et la bascule monostable 22 les transforme en signaux rectangulaires de duree plus grande Cforme d'onde (b)) qui sont fittrés par l'ensemble 25 - 26 - 27 28 et appliqués à l'entrée de la bascule 24 forme d'onde (c)) .On a representé en S1 et S2 le seuil bas et le seuil haut de cette dernière et en (d) la forme d'onde à sa sortie . On voit qu'en fonctionnement normal, c'est-à-dire, lorsque des impulsions sont presentes, le signal est toujours au dessus du seuil S1 . Le signal (d) est donc au niveau zéro et bloque en permanence l'amplificateur 31-32; l'organe 38 n'est donc pas ali mentie Si par contre, les impulsions (a) disparaissent par suite par exemple de la coupure accidentelle du fil, au bout d'un temps bref correspondant par exemple à la duree de trois impulsions, la tension (c)-tombe à une valeur inférieure à S1 et il en résulte le déblocage du transistor 32, donc -l'intervention de la signalisation. La bascule 24 est réglée pour que le seuil S2 soit lé- gèrement inférieur à la valeur de crête de la tension (c) qui correspond à un rapport cyclique de 1/2 des signaux carrés (b) Grâce à ce réglage, dans une large gamme de la frequence des impulsions (a) (c'ast-à-dire, dans une large gamme de vitesses du fil), aucun déclenchement intempestif de la signalisation ne se produira .En effet, lorsque la période T des impulsions (a) décroit, pour une valeur de T legerement supérieure à la durée 8 du monostable, le rapport cyclique du signal (b) est voisin de l'unité; pour une période T légèrement inférieure ae , ce rapport est voisin de 1/2; il croît ensuite lorsque T continue a décroître . En définitive, il est toujours au moins égal a 1/2 lorsque l'appareil est en régime stable de fonctionnement et, par conséquent, suffisant pour que le signal de sortie de la bascule à déclenchement soit normalement au niveau. bas. On observera que, grâce. a la bascule monostable, les signaux appliqués à la bascule à déclenchement ont une durée independante de la vitesse du fil et peuvent provaquer le déclenchement meme pour des vitesses très élevées a résistance 30 transmet à l'entrée de la bascule 24 une tension de réaction positive qui est indépendante de la charge et de sa tension d'alimentation, grâce à la présence des diodes 36 et 39 . Les seuils ne dépendent donc pas de la charge.La diode de ZENER 37 protege l'emplifîcateur-de puissance vis a vis de llaction des parasitas de ligne. Les organes 33 - 34 - 35 sont destinés à rendre la bascule 24 insensible, dans la zone de basculement, aux parasites qui peuvent se manifester sur- les lignes d'alimentation Une particularité essentielle du circuit que l'on vient de décrire consiste dans la régulation de la tension de collecteur du photo-transistor 2 par la boucle formée par les éléments 13 à 16, le transistor- 11, la diode 1 et le faisceau lumineux La dite tension est fixée à une valeur de consigne définie, puisque l'amplificateur 14 a un gain égal a l'unité, par la somme de la chute de tension aux bornes de la diode 1 (environ 1,1 volt et pratiquement i-ndêpendante du courant), de la chute de tension base emetteur du transistor 11 (environ p,65 volt et pratiquement indépendante du courant) et de la chute de tension dans les résis-tances 15 et 16 .Le courant de base du transistor 11 étant faible, ainsi que les valeurs des résistances, cette der nière chute de tension est suffisammentfaiblepour que ses variations soient négligeables vis à vis de la valeur de consigne Si une perturbation tend à faire varier le courant dans la diode 1, il en résulte une variation de même sens de la lumière émise, donc du courant qui circule dans le photo-transis tor a La tension de collecteur varie alors en sens inverse, ce qui a pour effet de faire varier la tension de base du transistor 11 dans un sens propre à rétablir la--valeur du courant dans la diode 1 . Cette compensation ne se produit que si la fréquence de la perturbation est telle qu'elle ne soit pas eDu- pée par le filtre 15-16-18.La tension de collctemr du phototransistor étant stabilisée, il en est de même da courant puis- que la tension d'alimentation est elle-meme stabilisée. Il en résulte que le photo-transistor travaille toujours en classe A, aucun risque de saturation ou de coupure du photo-transistor ne subsistant. Une perturbation pourvu qu'elle reste dans les limi- tes de la régulation, ne risque donc pas de provoquer une vise hors service de l'appareil. Vu sous cet angle, le îe ae la boucle optique est de reculer les limites au-delå desquelles le système est hors service, en dehors de ces limites, 1 ne peut se produire qu'un déclenchement de la signalisation.En outre, même si les caractéristiques des composants varient nu si de le pous sière occulte partiellement le faisceau, le niveau du signal s- tera constant, si bien qu'un réglage unique du gain de l'amplifi- cateur pourra être effectué, ce qui confère à l'appareil une sensibilité accrue. La compensation des perturbations par le boucle "tant pas instantanée, il faut éviter, en cas de perturbation, --dss variations transitoires du courant ne correspondant aux interruptions du faisceau par le fil. Ges perturbations, lorsqu'elles ont un spectre étendu de fréquence, sont enregistrées dans le court terme par le filtre 20-21 et annihilees a' long terme ar la boucle optique. Elles sont aléatoires, à la difference du signal utile qui est répétitif. Elles restent donc sans asti-on sur l'état de l'organe 38, grâce au filtrage réalise par les éléments 25-26-27-28. Dans le cas où l'accumulation de poussiere sur les sr- ganes opto-électroniques aurait pour effet de provoquer le pas-sa- ge d'un courant important dans la diode 1, suffisant pour saturer le transistor 11, la résistance mise aux bornes du condensateur 12 deviendrait très faible vis à vis de la résistance 10. Dans ce cas, le filtrage de l'ondulation résiduelle de 15 tension d'ali- mentation ne pourrait plus être effectué par ledit condensateur. Le transistor 8 assume cette fonction, sa tension de base1 donc sa tension d'émetteur étant stabilisée par la diode de Zener 6. I1 va de soi que diverses modifications pourront etre apportées au montage décrit et représenté sans @'écarter de l'esprit de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection opto-électronique de la rupture d'un fil dans une machine textile, comportant une diode photo-luminescente, un photo-transistor et un circuit de détection d'un signal sur le collecteur du photo-transistor et de déclenchement d'une signalisation en réponse à l'interruption du mouvement périodique de va-et-vient du fil à travers le faisceau lumineux émis par la diode photo-luminescente vers le photo-transistor, caractérisé par un amplificateur de gain en tension sensiblement égal à ltunité relié au collecteur du phototransistor et attaquant un transistor de puissance dont le courant excite la diode photo-luminescente, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas composé de deux résistances en-série entre la sortie de l'amplificateur et la base du transistor de puissance et d'un condensateur reliant le point commun aux deux résistances à la masse, lesdites résistances étant dimensionnées pour que la chute de tension à leurs bornes due au courant de base du transistor ne subisse que des variations négligeables par rapport à la somme des chutes de tension dans le transistor et la diode photo-luminescente, et le filtre passe-bas ayant une fréquence de coupure notablement inférieure à la fréquence du mouvement de va-et-vient du fil. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un filtre passe-haut reliant le collecteur du photo-transistor à ltentrée du circuit de détection. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que l'organe détecteur comprend une bascule monostable qui transforme les impulsions issues de l'organe photo-détecteur en signal rectangulaire ayant un. rapport cyclique variable en fonction de la fréquence d'interruption, ledit rapport cyclique étant au moins égal à 1/2 quelle que soit ladite fréquence, un circuit RC à constante de temps dissymétrique et une bascule à deux seuils haut et bas de déelenchement, le seuil haut étant réglé à une valeur qui correspond à un rapport cyclique inférieur à 1/2.