Brevet FR2452084A1 — publié le 19801017

L'invention est relative à un compas magnétique équipé d'un système de détection opto-électronique d'écart par rapport au Nord magnétique et délivrant une tension électrique proportionnelle à cet écarts Application en sera faite par exemple à - la détection des écarts par rapport à une route choisie dans une plage réglable, - le pilotage automatique des bateaux de plaisance soit par action proportionnelle sur la barre soit par action proportionnelle sur la rotation d'une pale immergée dont le mouvement résultant entraine l'appareil à gouverner du navire. Les principaux systèmes de détection d'écart de tels compas sont les suivants : 1/ détection dite en atout eu rien d'un écart, de valeur fixée au moyen d'ua volet d'obturation. Les paramètres étant fixés mécaniquement aucune diffé- renciation ne peut titre effectuée sur la valeur de l'écart, une fois le seuil de fonctionnement atteint. 2/ détection proportionnelle d'un écart au moyen de filtres polaiodes. On leur reproche l'obligation d'utiliser de la himiere blanche par des lampes à incandescence, le filtre polarisant ne fonctionnant qu'en lumière visible. 3/ détection proportionnelle d'un écart au moyen dlun disque à fente évolutive. Hais l'angle de rotation est généralement très limité si l'on veut obtenir une bonne proportionnalité G (+ 10 ). De plus la dérive thermique des amplificateurs de très faibles signaux obtenus par les éléments photo sensibles, rend la mesure absolue de il angle de l'écart très aléatoire ce qui nécessite de fréquentes comparaisons avec un compas témoin. 4/ détection proportionnelle d'un écart au moyen dit "de la boucle de flux". En fait la mesure se fait donc sur la variation diffé rentielle du facteur Cl'amortissement des deux bobines. Pour remédier à ces divers inconvénients, l'inventeur préconise un compas à disque pivotant, équipé d'un écran à opacité variable , agissant sur deux couples opto électroniques et comportant un dispositif de conversion en grandeur électrique proportionnelle. On donnera ci-après la description d1une mise en oeuvre de 11 idée inventive sans que le demandeur entende limiter la portée générique de son invention par les particularités ou aux particularités choisies pour l'illustration. Dans les dessins joints s FIG. 1 représente une coupe schématique du compas magnétique FIG. 2 représente un schéma électronique de l'installation FIG. 3 représente les différentes ondes et tensions associées obtenue3. Dans l'exemple présenté, on a désigné par 1 le disque pivotant à opacité variable, formant écran, agissant sur deux couples 2, 21, et 3, 3' opto-électroniques. Le disque pivotant forme un écran à opacité variable en fonction de sa rotation. Cet écran connu en photométrie sous le nom de "coin de GoldbergW est dégradé de manière circulaire pour obtenir une réponse linéaire en fonction de l'écart angulaire. Pour entre adapté à la courbe de sensibilité des phototransistors au silicium, la variation d'opacité a été réalisée non pas par une variation de gris, mais par une trame à point de densité variable , réalisant la fonction désirée. Cette disposition permet par ailleurs une ecellente reproductibilité photographique. Les deux couples opto-électroniques 2, 2 et 3, 3' , sont composés chacun d'une diode photo-émettrice dans ltinfra-rouge et d1un photo-transistor an silicium, disposés de part et d'autre des fenêtres transparentes du compas, de telle sorte que le rayonnement de la diode parvienne au photo-transistor à travers le disque à opacité variable.Ces deux couples 2, 2'et 39 32 sont placés diamétralement opposés sur le compas, de telle manière que la quantité de rayonnement reçue par chacun des photo-transistors soit la même, lorsque l'équipage mobile, indiquant le Nord uagnétique, est perpendiculaire au diamètre sur lequel sont placés les photo-transistors. Toute variation dtangle entratne un déséquilibre dans le rayonnement transmis. Par contre l'en- semble est insensible aux variations du plan horizontal du compas, dans la limite du débattement du disque dans ce plan. Sangle de détection d'écart permis par ce dispositif atteint 1800 pour la rotation du disque. L'électronique associée à ce dispositif est également originale et permet de affranchir des différences de carac- téristiques à la fabrication des photo-transistors. Le système électronique (FIG. 3) se compose essentiellement d'un générateur de courant régulé, 12, couplé à un système de balance 13, pour l'alimentation des diodes photo-émettrices 2' et 3', et d'un dispositif particulier, qui sera ci-après décrit, pour l'exploitation de la variation de courant déterminée par la variation d'éclairement des photo-transistors 2 et 3 Ledit dispositif consiste en photo-transistors 2 et 3, montés tEte-bêche, avec diode de protection 13 dans la boucle de charge de la capacité un multivibrateur 15 dont l'élément actif est un ampli opérationnel 16.Lorsque les courants déterminés par lesdits photo-transistors sont égaux dans les sens charge et décharge de la capacité 14 (position d'équilibre de ltensemble mobile) la forme du signal de sortie est une onde carrée de rapport cyclique égal à 1 2 d'amplitude constante. Toute variation différentielle dticlairement des phototransistors entraine une différence entre les courants de charge et de décharge et affecte le rapport cyclique du signal de sortie. Un filtre actif passe-bas, très inférieur à la fréquence d'oscillation du multivibrateur, assure l'intégration dudit signal carré. Le signal final obtenu est une tension continue, égale à la demi valeur da lamplitude du signal carré de sortie du multivibrateur dans le cas de l'équilibre, et peut aller de 1 t amplitude maximum E 1 à l'amplitude minimum E 2, selon le rapport cyclique et donc de la valeur de l'angle d'écart entrez et 900, de part et d'autre de la position d'équilibre. Deux autres amplis opérationnels 17 et 17t permettent pour ltun de fixer une référence de mi-valeur dtamplitude (comparaison de lwéquilibre) et pour l'autre d'amener, par le jeu d'une variation de gain ajustable, l'amplitude totale du signal dlerreur à une valeur angulaire fixé d'écart du disque de part et dtautre de la position d'équilibre. En exploitant de la manière décrite les informations issues des photo-transistors, on s'affranchit des contraintes suivantes, propres à ces derniers : . variation de sensibilité en fonction de la tampérature (différentielle) . disparités de sensibilité au rayonnement (correction sur le courant diodes) o non-lintarité de la courbe de réponse (correction optique aisée)0 L'ensemble se présente sous la forme d*un boitier suspendu à un cardan où l'on trouve l'équipage magnétique entrainant la rotation du disque ainsi que les couples optoélectroniques. Ce boitier reçoit de l'extérieur une tension dtalimen- tation et fournit, d'une part le signal d'erreur et, d'autre part le signal de référence d'équilibre REVENDICATIONS 1 - Compas à disque pivotant caractérisé en ce que : il est équipé d'un écran à opacité variable agissant sur deux couples opto-électroniques et comportant un dispositif de conversion en grandeur électrique proportionnelle. 2 - Compas selon la revendication 1 , caractérisé en ce que l'on utilise un écran du type connu sous le nom de "coin de Goldberg". 3 - Compas selon au moins l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que la variation d'opacité est réalisée par une trame de points de densité variable, réalisant la fonction désirée. 4 - Compas selon au moins l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les deux couples opto-électroniques sont composés chacun d'une diode photo-émettrice dans 1* infra- rouge, et d'un photo-transistor au silicium, disposés de part et d'autre des fenetres transparentes du compas. 5 - Compas selon la revendication 4, caractérisé en ce que le rayonnement de la diode est dirigé vers le phototransistor à travers le disque à opacité variable. 6 - Compas selon au moins l'une des revendications 1 à 5 caractérisé en ce que les deux couples photo-électroniques dont montés de préférence diamétralement opposés sur le compas de telle manière que la quantité de rayonnent reçue par chacun des photo-transistors soit la méme lorsque l'équipage mobile est perpendiculaire au diamètre sur lequel sont placés les ditsphoto-transistorsO 7 - Compas selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de conversion comporte un générateur de courant régulé, couplé à un système de balance pour ltalimenta- tion des diodes photo-émettrices, et d'un dispositif pour ltexploitation de la variation de courant déterminée par la variation d'éclairement des photo-transistors. 8 - Compas selon la revendication 7, caractérisé en ce que les photo- transistors sont montés tête-bêche dans la boucle de charge d*un multivibrateur dont 1* élément actif est un ampli opérationnel. 9 - Compas selon au moins l'une des revendications 7 ou 8 caractérisé en ce que l'on utilise en signal de sortie une onde de forme carrée variable en rapport selon les écarts tout en restant constante en amplitude.