Brevet FR2391141A1 — publié le 19781215

L'invention se rapporte aux dispositifs de détection de la rupture d'un fil. D'une maniere générale, ceux-ci peuvent appartenir à une première ou à une seconde classes d'appareils, suivant que le fil effectue un mouvement-de va et vient ou qu'il défile de manière rectiligne. La première classe d'appareils comporte es réalisations opto-électroniques. Le faisceau lumineux émis par un organe photoémissif et capté par un organe photo-réepteur étant interrompu périodiquement par le fil en mouvement de v-a et vient, il en résulte la production, aux bornes de l'organe photo-récepteur, d'impulsions récurrentes qui peuvent être exploitées pour effectuer une signalisation d'un défaut de d-éfi-lement ou d'une rupture du fil. La seconde classe d'appareils a eté réalisée jusqu'ici, en mettant en oeuvre, soit des moyens mécaniques, soit un dispositif piézoelectrique. Toutes ces solutions impliquent un contact matériel entre le fil et les organes de détection, avec les inconvénients bien connus qui en découlent. L'invention propose de réaliser par des moyens optoélectroniques, donc sans contact matériel, un appareil de la se conde classe. La difficulté à vaincre est que, le passage rectiligne continu d'un fil rigoureusement cylindrique dans un faisceau n'engendrant aucune variation. du courant débité par le photo-recepteur, donc aucun signal, les appareils opto-electroniques connus ne detectent en fait que les variations relativement importantes de la section du fil. La Demanderesse s'est appuyée sur l'observation- du fait que le fil, s'il est synthetique, présente unetexture artificielle et, s'il est constitue de fibres naturelles, comporte de multiples brins torsadés : il en résulte une variation plus ou moins irrégu- lière de l-a section d'interruption du faisceau pendant le défile- ment du fil, donc une modulation de la -Iumièr-e reçue par le photorécepteur.Le signal résultant aux bornes de celui-ci se présente comme un bruit et ne possede normalement qu'une très faible amplitude. I1 est affecté par les perturbations, telles que présence de poussière surales organes opto-electroniques- L'appareil suivant l'invention est donc un tâte-fil ou casse-fil du type dans lequel le fil effectue un déplacement linéaire continu, et comporte un organe photo-émissif associe à un organe photo-récepteur reliés par un faisceau lumineux et des moyens d'exploiter le signal m-odulé issu du photo-détecteur. I1 est caractérisé en ce que lesdits moyens d'exploitation du signal comportent un organe apte'à détecter la composante erratique permanente du signal résultant de la texturation du fil et un organe déclenchant une signalisation ou une commande en cas de disparition de ladite composante erratique. Cet appareil se distingue donc nettement des épurateurs opto-électroniques, dans lesquels l'organe détecteur elimine cette composante erratique et ne retient comme signal utile que l'enveloppe du signal issu du photo-détecteur. Suivant une autre particularité de l'invention, organe photo-récepteur est relié à un amplificateur de puissance qui alimente l'organe photo-emissif par llintermediaire d'un circuit de liaison comprenant un amplificateur, l'ensemble formant une boucle de régulation qui se referme par le faisceau lumineux, et un filtre passe-bas est inséré dans ledit circuit de liaison, ledit filtre ayant une fréquence de coupure notablement inférieure à la fréquence moyenne de ladite composante erratique. Ce type de régulation-, qui élimine l'influence des perturbations extérieures, a eté décrit dans la demande de brevet français, déposée le même jour par la Demanderesse pour "Dispositif opto-electronique de detection de la rupture d'un fil muni de moyens de réduire des perturbations". Son intérêt est particulierement grand dans l'application envisagée, ou le signal a une amplitude extrêmement faible et est, par conséquent, facile à perturber. Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-apres. Au dessin annexé la figure unique represente schématiquement le circuit d'un casse-fil conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention. Une diode électro-luminescente 1 émet un faisceau infrarouge reçu par un photo-transistor 2. La manière dont ce faisceau est interrompu par un fil en mouvement rectiligne continu dans le faisceau est classique dans les épurateurs opto-electroniques et n'a pas été 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 de Zener 6 et un condensateur 7 sont montés en parallèle entre les fils d'alimentation et assurent la stabilisation de la tension d'alimentation. a diode 1 est alimentee à travers la diode 3, un transistor 8 dont le collecteur est relie 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 Il et le circuit collecteur éme-tteur de ce dernier sur lequel un condensateur 12 est branché en parallèle. Le collecteur du photo-transistor 2 est relie à la base du transistor 11 par un circuit comprenant une resistance 13, un amplificateur différentiel 14 de gain en tension égal à l'unité, et deux résistances 15 et 16 de faible valeur. 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 minimale de modulation du faisceau parle fil. A titre diexemple, la résistance 15 a une valeur de 6800 ohms, la résistance 16 une valeur de 3900 ohms et le condensateur 18, une valeur ëgale à 47 microfarads, si bien que la fréquence de coupure du filtre est environ de 1 Hz. Le collecteur du photo-t.ransistor 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 capacité de 3,3 microfarads et la resistance 21 a une valeur de 470U ohms, si bien que la fréquence de coupure du filtre passehaut ainsi constitue est de l'ordre de 10 Hertz. La sortie de l'amplificateur 19 est reliée à un circuit redresseur monoalternance 22 suivi d un circuit à constante de temps dissymétrique constitué par un condensateur 23 et par trois résistances 24, 25, 26 montées comme indiqué au schema. Un amplificateur différentiel 27 est alimenté à travers des résistances 28 et 29 et est monté en bascule à deux seuils de déclenchement du type bascule de Schmitt par exemple. Un étage de puissance, constitué de deux transistors 30 et 31 montes en Darlington est relié à la sortie de la bascule 27 par l'intermédiaire de deux résistances 32 - 33 et d'un condensateur 34 qui relie à la masse le point commun aux résistances 32 33. Les transistors 30 et 31 sont alimentés à travers la résistance 28 et une diode 35. Une diode de Zener 36 relie le collecteur du transistor 31 à la masse. Ledit collecteur est par ailleurs relie à une source de tension contine (+ 31 v max.) d'alimentation d'un organe coupe-fil ou d'un relais de signalisation 37, à travers une diode 38. Eh fonctionnement, la modulation permanente du faisceau lumineux par la texture du fil a pour effet la production d'un signal aléatoire au collecteur du photo-transistor 2. L'amplificateur 19 amplifie ce signal qui est redresse par le circuit 22, lissé par l'ensemble 23 à 26 et appliqué à l'entrée de la bascule 27. En fonctionnement normal, c'est à dire lorsque lue signal est present, àn ne descend pas en dessous du seuil bas de la bascule 27. Le signal de sortie de cette dernière est donc au niveau zéro et l'amplificateur 30-31 est bloqué en permanence si bien qu'aucune signalisation n'intervient. Si, par contre, le signal disparaît par suite par exemple de la coupure accidentelle du fil, au bout d'un temps bref pendant lequel le condensateur 23 est déchargé, l'entrée de la bascule 27 tombe à une valeur inférieure- au seuil bas et il en résulte le déblocage des transistors 30, 31 donc l'intervention de la signalisation. La résistance 29 transmet à l'entrée de la bascule 27 une tension de réaction positive qui est independante de la charge et de sa tension d'alimentation, grâce à la présence de diodes 35 et 38. Les seuils ne dépendent donc pas de la charge. La diode de Zener 36 protege-l'amplificateur de puissance vis à vis de l'action des parasites de ligne. Une particularité essentielle du circuit que l'on vient de décrire consiste dans la régulation de la tension du 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 à un gain égal à l'unité, par la somme de la chute de tension aux bornes de la diode 1 (environ 1,1 volt et pratiquement indépendante du courant), de la chute de tension base émetteur du transistor 11 (environ 0,65 volt et pratiquement indépendante du courant) et de la chute de tension dans les résistances 15 et 16. Le courant de base du transistor 11 étant faible, ainsi que les valeurs des résistances, cette dernière chute de tension est suffi ment faible pour que ses variations soient négligeables vis à vis de la valeur de consigne. Si une perturbation tend å faire varier le courant dans la diode 1, il an résulte une variation de même sens de la lumitre émise, donc du courant qui circule dans le photo-transistor. La tension de collecteur varie alors en sens inverse ce qui a pour effet de faire varier la tension de base du transistor 41 dans un sens propre à rétablir la valeur du courant dans la diode 1. Cette compensation n'intervient pas pour les fréquences correspondant au signal utile, lesquelles sont coupées par le filtre 15,16, 18. La tension de collecteur du photo-transistor étant stabilisée, il en est de même du courant-puisque-la tension d'alimentation est elle-même stabilisée. Il en résulte que le phototransistor travaille touåours en classe A2 aucun risque de saturation ou de coupure du photo-transistor ne subsistant. Une perturbation, pourvu qu'elle reste dans les limites de la régulation, ne risque donc pas de provoquer une mise hors service de l'appareil vu sous cet angle, le relie de la boucle optique est de reculer les limites au-delå desquelles le système est hors de service. En dehors de cas limites, il ne peut se produire qu'un déclenchement de la signalisation.En outre, meme ai les caractéristiques des composants varient ou si de la poussière occulte partiellement le faisceau le niveau du signal restera contant, ai bien qutun réglage unique du gain de l'amplificateur 19 pourra être effectué, ce qui confère à l'appareil une sensibilité accrue. La compensation des perturbations par la bounle n'étant pas instantanée, il peut exister, en cas de perturbations, des variations transitoires du courant ne correspondant pas à la mo- dulation du faisceau par le fil. Les perturbations, lorsqu'elles ont un spectre étendu de fréquence sont enregistrées dans le court terme par le filtre 20-21 et annihilées à long terme par la boucle optique. Elles sont aléatoires, à la différence du signal utile qui est permanent. Elles restent donc sans action sur l'état de l'organe 37, gracie au filtrage réalisé par les éléments 23, 24, 25-, 26. Dans le cas où l'accumulation de poussière sur les organes opto-électroniques aurait pour effet de provoquer la passage 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 la tension-d'alimentation ne pourrait plus être effectué par ledit condensateur. Le transistor 8 assume cette fonction, sa tension de base, donc sa tension d'émetteur, étant stabilisée par la diode de Zener 6. Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées au montage décrit et représenté, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Ce montage est apte à fonctionner dans une large gamme de vitesses de défilement du fil. Sa sensibilité dépend évidemment de la vitesse linéaire du fil et de sa texturation. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détection opto-électronique comportant un organe photo-émissif associé à un organe photo-rcepteur reliés par un faisceau lumineux, des moyens de faire défiler un fil de façon continue et rectiligne dans ledit faisceau lumineux et des moyens d'exploiter le signal modulé issu du photo-détecteur, Ca- ractérisé en ce que lesdits moyens d'exploiter le signal modulé comportent un organe apte à détecter la composante erratique permanente du signal résultant de la texturation du fil et un organe déclenchant une signalisation ou une commande en cas de disparition de ladite composante erratique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe photo-récepteur est relié à un amplificateur de puissance qui alimente l'organe photo-émissif par l'intermediaire d'un circuit de liaison comprenant un amplificateur, l'ensemble formant une boucle de régulation qui se referme par le faisceau lumineux , et un filtre passe-bas-est inséré dans ledit circuit de liaison, ledit filtre ayant une fréquence de coupure notablement inférieure à la fréquence minimale de ladite composante erratique. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé par un filtre passe-haut reliant ltorgane p6to-récepteur - l'organe détecteur et possédant une fréquence de coupure notablement supérieure à la fréquence des perturbations corrigées'par la boucle de régulation. 4. Dispositif selon la revendication 1, 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe détecteur comprend un amplificateur suivi d'un redresseur, d'un filtre et d'une bascule à deux seuils de déclenchement.