Brevet FR2412055A1 — publié le 19790713

L'invention se rapporte aux appareils de mesure et de contrôle et se propose d'en améliorer la sécurité de fonctionnement. Dans ces appareils, une information electrique d'entrée, issue d'un organe de mesure ou d'un capteur, est transmise par une channe d'amplification et de comparaison ou, plus généralement, de traitement, à un organe d'utilisation de l'information traitée, lequel est actionne par tout ou rien. Une application particulièrement intéressante de l'invention, qui permettra d'en comprendre la nature et les avantages, est constituée par les détecteurs de déplacement ou d'approche. Ces appareils comportent un capteur ou traducteur, par exemple inductif ou capacitif, apte à fournir un signal dont l'amplitude varie en fonction de la distance de la pièce à détecter, une source alternative d'alimentation du traducteur et des moyens de comparer l'amplitude du signal issu du traducteur à un niveau de reference prédéterminé, éventuellement réglable Les détecteurs connus ne signalent pas la proximité de la pièce avec la sécurité absolue qui est indispensable dans certaines applications. En effet, dans le cas où la tension d'alimentation du capteur n'est pas correcte, ou encore, lors d'une defaillance de certains composants du montage, il peut en resulter une signalisation intempestive, ne correspondant pas à la proximité réelle d'une pièce. L'invention se propose de pallier cet inconvénient, en insérant, dans la chaîne de conversion, d'amplification et de comparaison qui relie le capteur au circuit d'utilisation du signal, un organe de modulation par un signal périodique et des moyens de s'assurer que la modulation reste presente sur le signal applique au circuit d'utilisation et d'invalider ledit signal en t'absence de cette modulation. Suivant un mode d'exécution préferé, une tension prele- vée sur le transformateur d'alimentation du capteur est également modulée par un signal périodique puis comparee à une tension de référence et des moyens sont prévus pour s'assurer que le signal issu de cette comparaison existe et est lui-même modulé et pour invalider le signal appliqué au circuit d'utilisation en l'absence de modulation dudit signal issu de la comparaison. Suivant un autre aspect de l'invention, lorsqu'on recherche en outre la sécurité du fonctionnement du dispositif vis à vis de défauts d'isolement dans le circuit du capteur, l'on utilise un traducteur pour lequel il existe une relation, simple et reproductible, entre l'amplitude et la phase du signal de sortie, et l'on fait comporter au detecteur des moyens de vérifier que le signal effectivement obtenu au cours d'une détection est sensiblement conforme a ladite relation, et des moyens de valider les résultats de ladite comparaison d'amplitude uniquement lorsque cette conformité est vérifiée. Les divers aspects, ainsi que les avantages de 1 'inven- tion apparaitront clairement à l'aide de la description détaillée ci-après. Au dessin annexé La figure 1 est un schéma de principe d'un dispositif conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention ; les figures 2 à 4 représentent les formes d'ondes de signaux prélevés en différents points du montage de la figure I ; et la figure 5 représente les organes de validation et l'un des détecteurs de variations que comporte un tel montage. A la figure 1, on a représenté un osciliateur 1 qui engendre un signal sinusoldal à faible taux de distorsion, très stable en frequence et en amplitude, ayant une fréquence de 7500 Hz par exemple. Cet oscillateur attaque un amplificateur 2 qui attaque lui-même un transformateur de sortie 3 sous une impédance très faible. Ce transformateur fournit en 4 un signal AL d'alimentation du capteur, en 5 un signal tAL de référence de phase, dont le rôle sera expliqué dans la suite et en 8 un signal V de référence d'amplitude. Une horloge 6 fournit des signaux rectangulaires H de référence à une fréquence de 1500 Hz par exemple. L'amplitude de ces signaux passe de O volt (niveau bas) à 5 volts (niveau haut). Ils sont appliqués à un commutateur analogique 7. Celui-ci découpe la tension sinusoldale V au rythme de la fréquence de modulation H pour donner un signal Uo appliqué à un comparateur 9. Ce dernier compare les crêtes négatives de Uo avec une tension négative de référence Vr reglable au moyen d'un potentiometre 10. Si, pour une raison quelconque, le signal AL d'alimentation du capteur n'est plus présent ou tombe en-dessous de sa valeur nominale, les trains d'impulsions OK Uo délivrés à la sortie du comparateur 9 disparaissent, comme cela apparait à l'évidence à la figure 2. Si la fréquence d'horloge H disparalt, les impulsions OK Uo ne sont plus découpées au rythme de la modulation. Les impulsions OK Uo sont appliquees à un circuit monostable de détection d'enveloppe 11 dont la structure et le fonc -tionnement seront expliqués dans la suite. Comme on le verra, le signal de sortie de ce circuit est l'enveloppe (El, Fig. 2) des impulsions OK Uo : celles-ci sont absentes ou ne sont pas correctement découpées a la fréquenceH, le signal E reste à un niveau constant. Un circuit monostable 12, analogue au circuit 11, reçoit des signaux OKq dont la provenance sera expliquée dans la suite. Il s'agit d'impulsions à la fréquence H, dont le circuit 12 va fournir l'enveloppe E2 à condition que le signal El soit correct. Un exemple préféré de réalisation des circuits 11 et 12 est illustré par la figure 5. Chacun de ces circuits comporte, comme organe essentiel, un circuit intégré type SE 555 de la société Signetics. Un tel circuit (38 ou 47, Fig. 5) comporte une bascule monostable et un comparateur de temporisation interne. Si l'on considère le circuit 38, les impulsions OK Uo sont appliquées sur sa borne 2. Dès la mise en action du circuit 38 par l'arrivée d'impulsions OKo, un condensateur 39, branché entre la borne 6 du circuit 38 et la masse analogique, a tendance à se decharger a travers une diode 41 à l'arrivée de chaque impulsion (qui est transmise à la borne 6),et à se charger ensuite à travers une resistance 40 reliée au niveau 1 analogique (+5 volts par exemple). Tant que la charge de ce condensateur n'atteint pas un certain seuil fixé par le comparateur de temporisation interne, l-a bascule est à l'état 1 pendant l'arrivée des impulsions OKo. Elle passe a l'état 0 dès que ce seuil est atteint. La sortie 3 reflète ces etats de la bascule. Normalement, la période 1/H des impulsions OKo est inférieure au temps de charge du condensateur à travers la résistance 40, si bien que la charge du condensateur ne pourra atteindre le seuil qu'après la dernière impulsion OKo ; la sortie 3 est donc au niveau 1 pendant la demi-periode d'horloge où les impulsions OKo sont présentes, au niveau 0 pendant l'autre demi-période (forme d'onde El,- Fig. 2). Si par contre, le signal issu du comparateur est absent, a sortie 3 reste au niveau bas en permanence, tandis que Si ledit signal n'est plus découpe en impulsions, la sortie 3 reste au niveau haut. Le circuit 12 de la figure 1 comprend, dans l'exemple de la figure 5, outre le circuit 47 déjà mentionné, un condensateur 42 connecte à la sortie 3 du circuit 38, en série avec une diode 43 elle-même reliée à la borne 4 du circuit 47, une diode 44 reliée entre la masse analogique et le point de jonction du condensateur 42 et de la diode 43, et une résistance 45 et un condensateur 46 en parallèle entre la masse analogique et la borne 4. Les niveaux El engendré à la borne 3 sont redresses par le condensateur 42 et la pompe à diodes 43, 44, puis filtrés par le circuit 45-46. Un tel montage engendre à sa sortie (borne 4 du circuit 47) une tension continue qui n'est présente que si la tension d'entée (borne 3 du circuit 38) est découpée en créneaux. Dans tous les autres cas, aucune tension n'est appliquée à la borne 4 et lorsqu'il en est ainsi, le fonctionnement du circuit 47 est inhibé. Aucun signal n'apparaît donc à sa borne 3. te signal OK t est transmis à la borne 2 du circuit 47 à travers une diode 48. Le fonctionnement duftircuit 47 est le même que celui du circuit 38, c'est-à-dire que le condensateur 49 a tendance à se charger à travers une résistance 50 et à se decharger à travers une diode 51. Lorsque le signal El est présent et découpe à la fréquence H, le signal E2 est donc présent et decoupe à la fréquence H, à condition que les impulsions OKc4, de fréquence de récurrence H, soient elles-memes presentes. Le signal E2 est transmis à un détecteur de variations 13, lequel comporte une pompe à diodes du type décrit ci-dessus et en outre des organes d'amplification de puissance. Il fournit ainsi un signal continu d'amplitude suffisant pour exciter un relais de sortie 14. Lorsque le relais 14 est excite, un voyant LBF indique le bon fonctionnement du montage, et un signal de bon fonctionnement VBF, dont le rôle sera expliqué -dans la suite, est engendré. On voit,en définitive, que le bon fonctionnement correspond à deux contions : d'une part la tension d'alimentation a une amplitude correcte et l'horloge et tous les organes du montage que l'on vient de décrire fonctionnent normalement, d'autre part, le signal OKQ est présent et découpe en impulsions à la fréquence H. On va maintenant expliquer comment est engendré ce dernier signal Le capteur C est un détecteur électromagnétique de pro ximité d'un type classique, par exemple inductif ou capacitif, pour lequel il existe, en fonctionnement normal, une relation prédéterminée, connue et reproductible, entre l'amplitude et la phase de la tension de sortie, relation qui peut être dépendante ou non de la nature de la piece mobile à detecter.A titre d' exemple il s'agit plus précisément d'une relation entre l'amplitude de la tension de sortie du capteur et le déphasage entre la tension d'alimentation AL et la tension de sortie. Cette dernière est appliquée à l'entrée d'un amplificateur 15, dont la sortie Vs attaque un convertisseur 16 qui fournit ainsi une tension continue Vx proportionnelle à l'amplitude du signal de sortie du capteur. La tension Vx-est modulée, dans un circuit 17 de commutation analogique, par la fréquence d'horloge H. Le signal de sortie du circuit 17 a, lorsque H est au niveau haut, une amplitude kVx, k étant un coefficient d'atténuation (c'est-à-dire que k (1), réglable au moyen d'une résistance variable 18. Le signal de sortie qui varie donc entre deux niveaux Vx et kVx est comparé, dans un comparateur 20, à une tension continue de reference Vs réglable au moyen d'u-n potentiomètre 21. Lorsque la pièce est eloignee, le niveau Vs n'est pas atteint et la tension de sortie du cumparateur est nulle.Lorsque la pièce est proche, en fonctionnement normal de l'appareil, > la tension Vs se trouve dans la marge d'amplitude définie par le circuit 17, c'est-à-dire que kVx VBF fourni, comme on l'a vu, par le relais 14.Le détecteur 23, lorsque la pièce est présente et que les circuits fonctionnent correctement, actionne un relais 24. L'homme du metier pourra évidemment imaginer d'autres montages aptes à detecter les variations du courant issu du comparateur, sans risquer en aucun cas d'appliquer un courant d'excitation au relais 24 en l'absence de telles variations. Le signal de sortie de l'amplificateur 15 est, par ailleurs, appliqué, par l'intermédiaire d'un amplificateur-séparateur 25, à un circuit de mesure de phase qui comprend un circuit de détection de passage à zéro 26, suivi d'un générateur d'impulsions 27. Le signal d'horloge H est appliqué au circuit 26 et fournit une référence de zéro modulée RH, si bien que, comme le montre la figure 3, qui représente en Vc le signal de sortie de l'amplificateur 25, le detecteur 26 fournit un signal rectangulaire Dc dont les fronts tels que a et b sont décalés par rapport à la position qu'ils occuperaient en l'absence de la modulation du signal de référence de zéro RH. Le générateur 27- est agencé pour fournir une impulsion 1M à chaque front descendant du signal Dc. Le signal de référence de phasetPAL est appliqué à l1entrée d'un detecteur de passage à zéro qui fournit un signal rectangulaire d'amplitude variable entre -15 et +15 volts D (Fig. 3). Pour un capteur et une pièce donnes, il existe, entre la tension de sortie Vc du capteur et sa tension d'alimentation (donc wAL) un dephasage Qqui est une fonction prédéterminée et connue de l'amplitude de ladite tension de sortie. Un générateur de fonction 29 reçoit, à son entrée, la tension Vx proportionnelle à l'amplitude de la tension Vc et délivré, à sa sortie, une tension continue Eo représentative de ladite fonction. Une tension Vz, appliquée au générateur de fonction par un potentiomètre 30 alimenté par une tension de référence de +5 volts, permet de régler le facteur de proportionalité entre Eo et ladite fonction. Le signal Dte issu du détecteur 28 est appliqué à un circuit 31 qui'l'intègre. Un amplificateur 32 amplifie la dent de scie résultant de cette intégration, et lui ajoute une tension continue Vx réglable au moyen d'un potentiomètre 33 auquel on applique une tension de référence de +5 volts. La tension de sor tie V q de l'amplificateur 32, représentée à la figure 3, est donc représentative de l'évolution de la phase de tAL, tandis que la tension Eo est représentative du déphasage qui doit théoriquement exister entre QAL et Vc.Il en résulte que les points d'intersection de la droite Eo avec la dent de scie Vt représenteront, pour un réglage convenable de tensions Vx et Vz, les instants de passage à zero theorique du signal de sortie-du capteur. Un comparateur 34, en comparant les amplitudes de EQ et de V# , fournit un signal rectangulaire VCT (Fig. 3) dont les fronts coïncident avec ces points-de passage à zero théorique de Vc. Un générateur fournit une impulsion IR à chaque front descendant de VCT. S'il n'y a pas de court-circuit entre les fils d'alimentation du capteur -et les fils qui délivrent le signal de sortie, pas de défaut d'isolement entre les fils de chaque couple, niaucune autre anomalie de ce genre, l'écart entre la phase théorique et la phase réelle est négligeable et le résultat de la mesure doit être validé. A cet effet, un circuit sommateur-discriminateur 36 est agencé pour effectuer la somme des impulsions IR et IM, à condition qu'elles soient en phase à une certaine marge w près. Cette marge est définie par un potentiomètre 37 qui reçoit une tension de -15 volts et calibre la largeur des impulsions fournies par les générateurs 27 et 35. Lorsqu'il en est ainsi, une impulsion OK# est délivrée par le circuit 36 et appliquée au circuit 12. Comme on lia explique ci-dessus, celui-ci ne fournit le signal d'enveloppe E2 qul condition que le signal OK Uo lui-même présent et découpé à la fréquence H. Le signal VBF n'est donc finalement fourni au coupleur 22 qui autorise la validation finale de la mesure que lors que OK # et OK Uo sont tous deux à la fois presents et découpés à la fréquence H. La figure 4 permet de comprendre comment le découpage de OK # est obtenu. Elle représente, à une échelle differente de celle de la figure 3, les signaux d'horloge H Pendant que le signal H est au niveau haut, les impulsions IM sont, comme on l'a indiqué ci-dessus, dephasees par rapport à la position qu'elles auraient en l'absence de modulation. Elles ne-peuvent donc pas coïncider avec les impulsions IR, Si bien que les impulsions OKtP ne sont pas produites. La figure 4 montre que OK# est constitué par des trains d'impulsions, séparés par un niveau bas continu pendant les niveaux hauts de H.Cet artifice permet d'invalider la mesure en cas de panne portant sur l'un des composants des circuits de mesure ou de référence de phase, panne qui aurait pour co-nséquence de supprimer soit la production des impulsions OKS , soit leur découpage à la fréquence H. Le réglage d-es tensions Vx et Vz permet de régler la plage de dephasage dans laquelle la mesure peut être faite. Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées au montage décrit, sans s'écarter de l'esprit de l'in Invention Les divers organes représentés au dessin par des blocs fonctionnels sont connus en soi. Seuls les organes de validation 11 et 12 ont fait l'objet d'une description plus détaillee bien que la realisation d'autres organes aptes à remplir leurs fonctions soit également à la portée de l'homme-du métier. Il serait en particulier possible de remplacer l'organe de validation Il décrit qui est du type monostable de détection d'enveloppe, par un détecteur fournissant un courant continu lorsqu'il reçoit, à son entrée, des impulsions OK Uo de largeur prédéterminée. Il est par ailleurs possible, au lieu de moduler à la fréquence H le signal continu dérive du signal de mesure, de modurer le signal de référence appliqué au comparateur 20. Enfin, dans le cas où l'on rechercherait seulement la sécurité du fonctionnement vis à vis des erreurs dues à des défaillances des composants du montage, l'existence de défauts d' isolement dans le circuit du capteur n'étant pas probable, les organes 25 à 36 et 12 deviendraient inutiles. Les organes 7 à 14 pourraient même être supprimés si aucune défaillance dans l'alimentation du capteur n'était probable. D'une façon plus générale, l'invention peut s'appliquer à toute chaîne de transmission et de traitement de l'information dont le signal de sortie presente deux niveaux distincts. Le niveau qui correspond à l'actionnement de l'organe d'utilisation placé à la sortie de la chaîne peut être obtenu de façon intempestive et, pour supprimer ce risque, l'invention propose d'introduire une modulation du signal, de préférence aussi puisque possible de l'entrée de la chaine, de détecter la présence de cette modulation à la sortie, et d'invalider le signal de sortie si elle n'est pas présente. Le signal peut être analogique ou numérique. Dans ce dernier cas, la modulation sera elle-meme du type numérique, c'est-à-dire qu'elle consistera à ajouter, au signal, une grandeur numérique périodiquement variable, ce qui peut s'effectuer au moyen des circuits additionneurs connus. REVENDICATIONS 1. Appareil comportant des moyens de fournir un signal électrique d'entrée, une chaîne d'amplification et de traitement du signal, un organe d'utilisation du signal de sortie de ladite channe, cet organe devant être actionné lorsque ledit signal de sortie présente un niveau prédéterminé, caractérisé par des moyens de moduler le signal en un point de la chaîne situé en amont de la sortie, par desmoyens de vérifier que le signal de sortie est lui-même modulé à la même fréquence et par des moyens d'invalider ledit signal de sortie lorsqu'il cesse d'être modulé. 2. Appareil selon la revendication 1, destiné à la detection de la présence d'une pièce mecanique, comportant un capteur apte à fournir un signal dont l'amplitude varie en fonction de la proximite de ladite pièce, une source d'alimentation du capteur en tension périodique, et un comparateur de l'amplitude dudit signal à au moins une valeur de référence, caractérise par des moyens de provoquer la modulation, par un signal périodique, du signal applique audit comparateur, des moyens de vérifier que ladite modulation est effectivement présente sur le signal transmis à l'organe d'utilisation et d'invalider ledit signal en l absence de cette modulation. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérise en ce que lesdits moyens de provoquer la modulation du signal appliqué au comparateur comprennent un modulateur relie à une entre du comparateur, une horloge reliée audit modulateur et des moyens de regler la tension de sortie du modulateur et la tension de référence appliquée au comparateur pour que cette derniere soit normalement comprise entre les niveaux haut et bas du signal de sortie du modulateur, tandis que lesdits moyens de s'assurer que la modulation est effectivement présente comprennent un détecteur de variations agencé pour ne fournir un signal à sa sortie qu'en présence d'un signal modulé à son entre. 4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé par des moyens de moduler, par un signal periodique, une tension prélevée sur le transformateur d'alimentation du capteur, des moyens de comparer la tension modulée à une tension de référence pour engendrer des impulsions et des moyens de vérifier que ces impulsions existent et sont elles-mêmes effectivement modulées au rythme dudit signal périodique et d'invalider le signal transmis à l'organe d'utilisation en l'absence d'impulsions modulées. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens de verifier la présence d'impulsions modulées comportent une bascule monostable agencée en détecteur d'enveloppe, suivie d'un détecteur de variations. 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, dans- lequel la phase du signal de sortie du capteur est normalement une fonction prédéterminée de son amplitude, caractérisé par des moyens de traduire en permanence, par un premier et un second signaux, au cours de l'opération de détection, la phase du signal de sortie et la phase de la tension d'alimentation du capteur, des moyens comportant un générateur de fonction attaqué par un signal d'amplitude proportionnelle à celle dudit signal de sortie, d'engendrer un troisième signal représentatif de la valeur correspondante de ladite fonction, des moyens de comparer l'écart entre deux de ces trois signaux et le signal restant et par des moyens d'invalider le signal transmis à l'organe d'utilisation lorsque l'écart entre lesdits signaux comparés passe par une valeur prédéterminée. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le premier signal est engendré par des moyens de comparer une tension proportionnelle à l'amplitude du signal de sortie du capteur à une tension de référence en créneaux et par des moyens de convertir en impulsions l'un des fronts de ces creneaux, par les moyens de comparer les amplitudes du second signal et du troisième pour engendrer des impulsions de coincidence et par des moyens d' engendrer des impulsions de validation lorsque le déphasage entre les impulsions de coïncidence et les impulsions correspondant au premier signal ne dépasse pas une valeur prédéterminée. 8. Appareil selon la revendication 7, caractérisé en ce que lesdites impulsions de validation sont appliquees à une seconde bascule monostable montée en détecteur d'enveloppe, et ellemême validée par la sortie de la première bascule monostable.