Brevet FR2449898A1 — publié le 19800919

ja présente invention concerne les dispositifs permettant de détecter les variations brèves et de faible amplitude d'une tension continue dont la valeur moyenne peut par ailleurs varier plus lentement. les appareils actuellement utilisés pour cet usage sont principalement de trois types: - à détection inductive à l'aide d'un transformateur qui à partir de la brève variation de tension à détecter crée une impulsion de plus grande amplitude qui est ensuite traitée par des circuits électroniques connus; cette méthode présente l-'incon- vénient de nécessiter un transformateur encombrant et souvent coûteux. - à comparaison entre le niveau de la tension à surveiller et une tension de référence fixe ou ajustable; cette méthode s'accomode mal d'une tension continue de valeur moyenne variable car il faut réajuster en permanence la tension de référence, - à amplificateur alternatif très sensible attaqué en entrée par la tension à surveiller; cette méthode nécessite, pour pouvoir détecter de faibles variations de tension, un amplificateur à très grand gain donc complexe, de réglage délicat et sensible aux impulsions parasites. Le dispositif selon l'invention permet d'éviter les inconvénients précédents, il peut en effet, en utilisant très peu de composants électroniques standard donc pour un coût très faible, avec une grande fiabilité et sans aucun réglage en cours de fonctionnement, détecter des variations brusques d'une tension ou d'un courant continus aussi faibles que le 1/10 000 de cette tension ou de ce courant et cela sans réagir à des changements lents. le seuil de détection concernant aussi bien la rapidité que l'amplitude des variations à détecter peut être réglé à la construction ou être prévu pour pouvoir être ajustéen cours d'opération. Le dispositif pouvant fonctionner avec des impédances d'entrée très basses, quelques ohms, est peu sensible aux parasites. le dispositif objet de l'invention consiste en un circuit électronique couramment connu sous le nom d'amplificateur différentiel ou comparateur comportant deux entrées dont l'une, dite inverseuse fait varier le niveau de sortie en sens inverse du signal d'entrée alors que l'autre, dite directe, fait varier ce même niveau de sortie dans le même sens que le signal d'entrée. Ces deux entrées sont reliées à la source de tension ou de courant dont on veut déceler les variations brusques et connectées entre elles par un circuit qui remplit les deux conditions fondamentales suivantes: - positionner de façon donnée le potentiel de chacune des entrées l'une par rapport à l'autre pour assurer un niveau de sortie du comparateur déterminé: haut ou bas. L'écart initial de tension entre les deux entrées définit le seuil de sensibilité de l'appareil, cet écart peut être nul. - retarder l'une des entrées par rapport à l'autre, à l'aide d'un condensateur par exemple, de façon à ce que leurs réactions respectives à une variation brusque de tension soient décalées dans le temps, ceci permet à la sortie du comparateur de basculer le temps de ce décalage et de mettre ainsi en évidence la variation de tension. La valeur de ce décalage ou retard permet de sélectionner la rapidité de variation des impulsions à détecter. Selon la position relative en tension des entrées et cellé, inverseuse ou directe, qui est retat, le dispositif peut détecter des hausses ou des baisses de la tension ou du courant à surveiller. Selon une réalisation de l'invention, Fig. 1, prévue pour détecter des baisses de tension, le comparateur 1 est un amplificateur dit "opérationnel" du commerce, les deux entrées: inverseuse 2 et directe 3 sont décalées en tension par le courant circulant dans la résistance 4 qui les relie, ce courant étant fonction de la valeur de la résistance 5. En l'absence de variation brusque de la tension U,3 se trouve à un potentiel inférieur à 2 ce qui fixe le niveau de la sortie 7 à l'état bas par exemple. L'entrée directe 3 est retardée par un condensateur 6 relié au pôle négatif de la tension U. Le fonctionnement est le suivant: - si une baisse brusque de la tension U se produit, l'entrée 2 qui la subit directement est portée à un potentiel inférieur à celui de l'entrée 3 retardée par le circuit RC constitué par la résistance 4 et le condensateur 6. Les conditions initiales étant inversées, la sortie 7 du comparateur va changer d'état et passer par exemple du niveau bas au niveau haut le temps de l'im n pulsion ou, au maximum, de la constante de temps 4-6. Ce change- ment de niveau sera utilisé pour déclencher le circuit d'enregistrement de la baisse de tension, par exemple une bascule bistabi. A titre d'exemplele circuit de la Fig. 1 peut être employé comme détecteur dans un appareil d'alarme anti-vol pour véhicule automobile selon le schéma de la Fig. 2. Cet appareil fonctionne de la façon suivante: - en quittant son véhicule, le conducteur ferme l'interrupteur 8. - pendant un temps correspondant à la charge du condensateur 10 à travers la résistance 9 la bascule formée par les portes NonOu 18 et 19 est bloquée et tout l'appareil est neutralisé. - au bout de ce temps, appelé retard à la mise en veille, toute mise en fonctionnement d'un appareil électrique du véhicule: plafonnier,contact .. se traduira par une faible chute de tension aux bornes de la batterie qui sera détectée par le comparateur 1 connecte selon les principes décrits Fig. 1. - le comparateur, par sa sortie 7, fera alors basculer le bistable 18-19, ce basculement,après le temps nécessaireà-i déchar- ge du condensateur 12 à travers la résistance 11, temps permettant au conducteur du véhicule de neutraliser l'alarme en ouvrant 8, mettra en fonctionnement l'oscillateur constitué par les portes NonOu 20 et 21. Cet oscillateur, de fréquence environ 1 Hertz fera battre le relai 16 par l'intermédiaire du transistor 15 et ce relai fera à son tour retentir par impulsions les avertisseurs du véhicule sur lesquels il est connecté. - dès le basculement de 18 et 19 le condensateur 10 commence à se décharger à travers la résistance 9, au bout d'un temps fonction de la constante IO-9 la décharge est suffisante pour faire basculer le bi-stable 18-19 à l'état de repos ce qui arrête l'alarme et remet l'appareil en veille. A titre indicatif l'appareil de la Fig.2 fonctionne correctement avec les valeurs de composants suivantes: - 1 : ampli opérationnel 741, 18-19-20-21: circuit O-MOS 4001 - 15: transistor PtTP BC 307, 17: diode 1N4148. - 4: 10 ohms, 9: 10 mégohms, 11: 10 mégohms, 13: 10 méghms 22: 4700 ohms - 6: 47 microfarads, 10: 4,7 microfarads, 12: 1 microfarad 14: 0,1 microfarad. Selon une autre réalisation de l'invention représentée Fi.3 le circuit permet la détection de brusques augmentations de la tension U: c'est l'entrée inverseuse 2 qui est retardée par la résistance 8 et le condensateur 6; grâce au courant circulant dans la résistance 4, 2 se trouve à un potentiel supérieur celui de 3, une brusque augmentation de la tension U agit immédiatement sur 3 et avec retard sur 2, on a alors 3 à un potentiel supérieur à celui de 2 ce qui entrain un changement d'état de la sortie 7 du comparateur comme dans le circuit de la Fig. 1 La sensibilité des circuits décrits précédemment et de tous ceux qui sont basés sur le même principe peut être ajustée en jouant sur le décalage en tension des deux entrées du comparateur. Plus ce décalage sera important plus grande devra être 1'impulsion permettant de déclencher le basculement du comparateur. Un moyen simple de régler cette sensibilité est d'agir sur l'intensité du courant traversant la résistance joignant les deux entrées, par exemple en remplaçant la résistance 5 des Fig. 1 et 3 par une résistance variable. il est possible également d'asservir l'intensité de ce courant à un paramètre extérieur. De même on peut sélectionner les variations de tension à détecter en fonction de leur temps de montée, ou de descente, en ajustant la constante de temps du circuit retardant l'une des portes, plus cette constante de temps sera grande plus les variations détectées pourront etre lentes. les circuits objets de l'invention peuvent également être employés pour détecter et compter ou enregistrer des impulsions répétitives périodiques superposées à une tension ou à un courant continus dont la valeur moyenne peut par ailleurs varier lentement le circuit fondamental, objet de l'invention, peut également être utilisé pour détecter des impulsions de tensions se produisant sur un circuit extérieur à celui relié directement aux deux entrées du comparateur; la Fig. 4 décrit un tel montage servant à détecter de très faibles et brusques variations d'intensité dans un circuit dans lequel peut par ailleurs circuler un courant continu lentement variable sans que pour cela le réglage du détecteur n'ait à être modifié. Le fonctionnement du circuit de la Fig. 4 est le suivant: - le comparateur 1 est monté comme précédemment avec ses deux entrées décalées en tension par le courant circulant dans la résistance 4, courant ajusté par la résistance variable 5. - toute augmentation brusque de tension apparaissant au point 11, par exemple créée par l'ouverture de l'un des interrupteurs normalement fermés 10, est transmise par le condensateur 6 à l'entrée 3. - l'entrée 3 se trouve alors portée à un potentiel supérieur à celui de l'entrée 2 qui, elle, ne reçoit l'impulsion qu'après un retard fonction des valeurs des résistances 12, 4 et 13. - les positions initiales des entrées se trouvant inversées, la sortie 7 du comparateur change d'état. Si dans un circuit tel que celui de la Fig. 4 on inverse les connexions des entrées 2 et 3, il devient possible de détecter des baisses brusques de la tension en 11. Selon une autre réalisation de l'invention décrite Fig. 5, un même comparateur permet de détecter à la fois des hausses et des baisses brusques de tension: - les entrées 2 et 3 sont décalées en tension par le courant circulant dans la résistance 4, courant déterminé également par la résistance 5; ces entrées sont reliées aux extrémités de 4 par les résistances 8 et 9 qui font partie des circuits de retardement ~ l'entrée 2 est reliée au condensateur 6 par une diode. - l'entrée directe 3 est reliée à ce même condensateur 6 par un condensateur 10 de plus faible valeur. Toute variation brusque, en hausse ou en baisse, fait basculer la sortie 7 du comparateur 1. Une réalisation pratique de la Fig. 5 permettant de détecter des variations brusques de 0,1 volts, en plus ou en moins, sur une tension continue de 12 volts, utilise les composants suivants - 1: amplificateur opérationnel 741. - 1f: diode 1N4148. - 4: 10 ohms, 5: 100 000 ohms, 8 et 9: 4700 ohms. - 6: 1 microfarad, 10: 0,1 microfarad. Dans tous les circuits décrits précédemment, et dans toutes les réalisations selon l'invention, l'écart de tension entre les deux entrées du comparateurpeut être égal à zéro, par exemple en remplaçant par un court-circuit la résistance 4 des montages des figures 3, 4 ou 5, ou en ne faisant circuler aucun courant dans cette même résistance 4. Des circuits selon figures 4 et 5 peuvent être employés pour détecter des ruptures de boucles d'alarme auto-protégées compor tant à la fois des éléments à contact normalement ouvert et d' autres à contact normalement fermés connectés en parallèle sur le même circuit d'alarme, la détection restant assurée même si un certain- nombre d'entre eux sont mis hors d'usage. les dispositifs, objets de l'invention, peuvent donc trouver, entre autres, des applications dans les systèmes d'alarme pour véhicules ou pour installations fixes; ils peuvent également servir à surveiller les tensions alimentant des appareils pour lesquels toute variation de cette tension peut être critique: par exemple mémoires électroniques. Une autre application peut être la détection d'impulsions périodiques de faible amplitude superposées à une tension ou à un courant continus, par exemple pour réaliser des compte-tours automobiles ne nécessitant pas de branchement sur les circuits du moteur, simplement un raccordement à la batterie d'accumulateurs assurant l'allumage. Revendications 1. dispositif permettant de détecter des variation brusques et de faible amplitude d'une tension ou d'un courant continus de valeur moyenne constante ou variant lentement, utilisant comme élément détecteur un circuit connu sous le nom de comparateur ou amplificateur différentiel, caractérisé par le fait que les deux entrées de ce comparateur sont décalées ae façon donnée, pouvant être nulle, en potentiel électrique et que l'une, ou les deux mais chacune pour des sens de variation de ce potentiel différents, est munie d'un circuit retardant sa réponse d'un temps donne à toute variation de potentiel; ces deux conditions étant réalisées de telle sorte qu'en cas de variation brusque de la tension ou du courant à surveiller la position relative en niveau de potentiel électrique des deux entrées se trouve inversée pendant un temps suffisant pour faire changer d'état la sortie du comparateur. 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le décalage en potentiel des entrées est obtenu en les réunissant par une résistance électrique de valeur adéquate traversée par un courant déterminé en fonction de la sensibilité recherchée, ce courant étant celui-là même dont on veut détecter les variations. 3. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé par le fait que le courant traversant la résistance électrique réunissant les entrées est indépendant de celui dont on veut détecter les variations, ce dernier déterminant dans un autre circuit une tension connectée par un moyen adéquat à l'une des entrées du comparateur. 4. Dispositif selon la revendication 3 caractérisé par le fait que le moyen utilisé pour connecter le circuit sous surveillance à l'entrée du comparateur est un condensateur électrique faisant en mê me temps office d'élément de retardement selon la revendication 1. 5. Dispositif selon les revendications 2 et 3 caractérisé par le fait que le retard à répondre aux variations de potentiel de l'une ou des deux entrées est constitué par un condensateur électrique et la résistance même reliant les deux entrées. 6. Dispositif selon la revendication 5 permettant de détecter des baisses brusques d'une tension continue pouvant par ailleus varier lentement caractérisé par le fait que le décalage en potentiel des deux entrées du comparateur est obtenu en les réunissant par une seule résistance électrique traversée par le courant d'alimentation du comparateur, l'entrée inverseuse du comparateur étant reliée au pôle positif de la tension à surveiller et étant donc portée au potentiel le plus élevé des deux entrées, et que le retardement de l'entrée directe, au potentiel le plus bas, est réalisé à l'aide d'un seul condensateur électrique connecté entre cette entrée directe et le pôle negatif de la tension à surveiller, ce condensateur servant en même temps au découpla- - ge de l'ensemble du dispositif. 7. Dispositif selon la revendication 6 caractérisé par le fait que des valeurs adéquates des composants permettent au dispositif, lorsqu'il est relié à la batterie d'accumulateurs d'un véhicule, de détecter une faible consommation de courant demandée à cette batterie, par exemple l'allumage du plafonnier du véhicule d'une puissance d'environ 3 watts, mais ne réagit pas à la décharge lente de la batterie.