Brevet FR2465214A1 — publié le 19810320

L'invention concerne un capteur piézo-électrique destiné à produire un signal fonction de la traction exercée sur un fil textile. A coté des capteurs connus utilisant des jauges de contrainte ou fonctionnant par capacité pour fournir un signal fonction de la tension ou de la traction exercée sur un fil, on a vu apparaître aussi des capteurs piézo-électriques, lesquels se distinguent certes par une sensibilité et une précision élevées mais ne conviennent que pour in Emploi dans cbs installations expérimentales de laboratoire et non pas pour l'incorporation dans ou le montage sur des machines traitant des fils. La raison en est que les inévitables vibrations et oscil- lations propres de ces machines sont également ressenties par l'élé- ment piézo-électrique du capteur et se superposent donc comme signal brouilleur au signal fonction de la traction sur le fil. S'il n'y avait pas cet inconvénient, les capteurs piézo-électriques pourraient paraître prédestinés à être incorporés dans ou montés sur des machines traitant des fils, notamment en raison de leur faible sensibilité à la poussière et de leur robustesse méca- nique. Le but de l'invention est donc de créer un capteur piézoélectrique du type indiqué au début mais qui convienne pour une telle incorporation ou un tel montage. A cet effet, l'invention vise à réaliser le capteur de manière que son élément piézo-électrique ne soit pratiquement pas sensible aux vibrations propres de l'endroit o le capteur est incor- poré ou monté mais réagisse essentiellement à la seule sollicitation provenant de la traction exercée sur le fil. Selon l'invention, un tel capteur est essentiellement caractérisé en ce que son élément piézo-électrique est au moins une partie d'un organe oscillant élastique qui est encastré par une extré- mité en un point de fixation et est sollicité à l'autre extrémité par la traction exercée sur le fil et qui est précontraint, dans une direction sensiblement parallèle à la direction de sollicitation par la traction sur le fil, par un appui relié rigidement au point de fixation et attaquant l'organe oscillant en un point situé entre ses extrémités. 146521 4 L'invention concerne en outre l'utilisation d'un tel - capteur piézo-électrique pour surveiller l'avance ou le défilement d'un fil textile. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre d'un exemple de réalisation non limitatif, ainsi que des dessins annexés, sur lesquels: - la figure 1 est une coupe schématique suivant la ligne I-I de la figure 2 des composants essentiels d'un capteur piézo- électrique selon l'invention; - la figure 2 est une coupe suivant la ligne Il-II de la figure 1; - la figure 3 est une représentation fortement exagé- rée et schématisée, en élévation latérale, de parties essentielles du capteur de la figure 1; - la figure 4 est un montage électrique qui convient pour être utilisé en combinaison avec le capteur de la figure 1 au cas o le fil agissant sur le capteur est un fil en marche dévidé d'une bobine à la défilée; et - la figure 5 est un graphique montrant la variation dans le temps (en secondes) d'un signal représentant la traction sur le fil, la partie supérieure du graphique correspondant à un enre- gistrement d'un signal fourni par un capteur conventionnel pour usage au laboratoire et la partie inférieure correspondant à un enregistre- ment simultané du signal fourni par un capteur selon la figure 1 com- biné avec le montage électrique selon la figure 4. Le capteur piézo-électrique 10 représenté sur les figures 1 et 2 possède un corps 11 qui, par exemple, peut être d'un seul tenant avec le bâti d'une machine textile traitant des fils, d'une rebobineuse ou d'une assembleuse par exemple ou d'une machine analogue. Dans le côté extérieur du corps Il est formée une rainure 12, possédant une section droite à peu près trapézoïdale, qui sert à recevoir et à guider un fil F et dont le fond 13 présente dans le sens de la longueur de la rainure 12 (figure 1) une courbure dirigeant sa convexité vers l'extérieur. Le fond 13 est interrompu par un pas- sage 14 qui est orienté transversalement à la rainure 12 et mène à l'intérieur du corps 11. A l'endroit o débouche ce passage se trouve une douille élastique 15, d'une matière mousse par exemple, qui en- toure elle-même une masse métallique 16 dont la forme correspond essentiellement à celle d'un parallélépipède droit. Dans la masse 16 est formée une rainure 17 qui sert à la réception d'un bloc de mon- tage 18 ancré de façon fixe sur la masse 16, par une vis 19 par exemple. Dans le bloc de montage 18 est ménagée,à peu près à la hauteur du passage 14, une fente 20 dans laquelle est encastrée, par pression et collage par exemple, l'extrémité 21 d'un organe oscil- lant élastique désigné dans son ensemble par 22. L'organe oscillant 22 de l'exemple représenté se compose essentiellement d'une plaquette piézocéramique 23 de forme rectangulaire et portant un guide-fil 24 ayant la forme d'un bourrelet sur le côté opposé au côté encastré 21. Les composants 16, 18 et 22 sont disposés de telle manière dans le corps il (voir la figure 1), que le guide-fil 24 s'étend avec jeu à travers le passage 14 et, sur toute la largeur, à travers l'arc décrit par le fond 13 de la rainure 12. Le fil F vient donc obligatoirement en contact avec le guide-fil 24, o il subit au moins un faible changement de direction, ce qui revient à dire que le guide-fil, c'est-à-dire l'extrémité libre de l'organe oscillant 22, est sollicité par une force qui dépend de la traction exercée sur le fil F. Le bloc de montage 18 possède un bras 25 qui est d'un seul tenant avec lui, s'étend sur une certaine longueur le long de la plaquette 23, à distance de celle-ci, et est recourbé à son extré- mité libre en direction de la plaquette 23 pour former un appui 26 conférant à la plaquette 23 une précontrainte, en l'occurrence vers le bas, autour d'un axe de courbure parallèle au guide-fil 24. L'ap- pui 26 est en contact avec la plaquette 23 suivant une ligne 27 qui s'étend sur toute la largeur de la plaquette. La distance entre la ligne 27 et la fente d'encastrement 20 est environ deux fois plus grande que la distance entre la ligne 27 et le guide-fil 24. Il s'ensuit que la longueur d'oscillation libre de l'organe 22 pour des oscillations engendrées à partir du bloc de montage 18 (donc pour des oscillations transmises par le point o le capteur 10 est incor- poré dans la machine) correspond seulement à la partie de la pla- f465tÂ4 quette 23 s'étendant de la ligne 27 au guide-fil 24, tandis que la longueur d'oscillation libre de l'organe 22 pour des oscillations produites à partir du guide-fil 24 correspond à toute la longueur de la plaquette 23 entre la fente 20 et le guide-fil 24, avec toute- fois un point nodal au droit de la ligne 27. Cette situation ressort encore plus clairement de la représentation fortement exagérée et schématisée de la figure 3. On voit sur cette figure le bloc de montage 18, dans la fente 20 duquel est encastrée l'extrémité 21 de la plaquette 23 (qui est seulement représentée ici par une ligne épaisse). On voit aussi le bras 25 sur lequel est formé l'appui 26. La ligne en pointillé 28 indique l'orien- tation que prendrait la plaquette plane 23 sais l'appui 26. Comme ce dernier a pour but de précontraindre la plaquette en flexion, la plaquette est légèrement fléchie vers le bas, comme représenté. En réalité, la déformation conférée à la plaquette par cette flexion n'est que de quelques centièmes de millimètre. Lorsque le fil F est tiré avec une traction déterminée dans le sens de la flèche sur le guide-fil 24, il se produit une force de frottement attaquant le guide-fil et dépendant de la traction exercée sur le fil, force de frottement qui a tendance à courber la plaquette 23 plus ou moins à la position indiquée par la ligne en pointillé 29, de sorte que la partie de plaquette située entre la ligne 27 et la fente 20 est égale- ment sollicitée en flexion. Par contre, si le bloc 18, donc aussi son bras 25 et l'appui 26 subissent des vibrations (malgré la douil- le élastique 15), la fente 20 et l'appui 26 se déplacent en synchro- nisme et en phase, de sorte que seule la faible longueur de plaquette entre la ligne 27 et le guide-fil 24 pourrait être mise en vibration ou en oscillation. Par le choix approprié de la longueur de cette partie de plaquette, sa fréquence propre pourrait être fixée à une valeur si élevée qu'une mise en oscillation depuis le bloc 18 est pratiquement négligeable. Comme avec chaque élément piézo-électrique, des conduc- teurs électriques 30 (qui sont seulement indiqués schématiquement sur la figure 1) mènent de la plaquette 23 à un circuit électrique 31 convenant aux signaux de tension venant de l'élément piézo-électrique et fournissant sur sa borne de sortie 32 un signal qui se prête à une exploitation consécutive. La figure 4 représente un exemple d'un tel circuit 31. Les conducteurs 30 mènent à un premier amplificateur opérationnel 33, dont la sortie 34 est connectée à travers une résistance de couplage 35 à un deuxième amplificateur opérationnel 36 avec compensation de l'ac- tion du courant de repos à l'entrée. La sortie 37 de cet amplifica- teur opérationnel est suivie d'un filtre passe-bas, en l'occurrence d'un filtre passe-bas actif 38 de Chebyshev. Le circuit 31 représenté convient particulièrement lorsque le capteur est utilisé pour détecter la traction exercée sur un fil dévidé d'une bobine à la défilée. On sait que, dans ce cas, la traction exercée sur le fil varie périodiquement dans le temps, la durée d'une période corresponsant exactement à un mouvement alter- natif de montée et de descente du point de dévidage du fil sur la bobine. On peut compter ces périodes et obtenir ainsi des indications concernant la longueur de fil tirée devant le capteur. La fréquence de variation de la traction sur le fil dépend naturellement de la vitesse de dévidage et est de l'ordre de 10 à 20 Hz pour les vitesses de dévidage appliquées couramment. Le filtre passe-bas 38 est ajusté à une telle fréquence limite supérieure que les fractions de signal de fréquence plus élevée reçues également par le capteur 10 - ces fractions de signal provenant par exemple de la rugosité du fil F et sont clairement visibles dans la partie supérieure de la figure 5 en superposition à la fréquence de base - sont éliminées par le filtre passe-bas 38, de sorte qu'à la sortie 32 de ce filtre apparaît un signal qui correspond à celui représenté sur la partie inférieure de la figure 5. Il a déjà été mentionné que ce signal permet, par exemple, de déterminer la longueur du fil dévidé. Ce signal peut cependant être utilisé aussi pour réguler un frein de fil conjugué au capteur ou, de manière tout à fait générale, pour surveiller non seulement la présence du fil sur le capteur 10 mais aussi l'avance du fil devant le capteur. L'exemple décrit utilise un organe oscillant sous forme d'un organe élastique oscillant en flexion. Il va cependant de soi que le principe de l'invention peut également être mis en oeuvre par un organe élastique oscillant en torsion. R E V E N D I C A T I 0 N S 1. Capteur piézo-électrique destiné à produire un signal fonction de la traction exercée sur un fil textile, caractérisé en ce que son élément piézo-électrique (23) est au moins une partie d'un organe oscillant élastique (22) qui est encastré par une extré- mité (21) en un point de fixation (20) et est sollicité à l'autre extrémité (24) par la traction exercée sur le fil (F) et qui est précontraint, dans une direction sensiblement parallèle à la direc- tion de sollicitation par la traction sur le fil, par un appui (26) relié rigidement au point de fixation (20) et attaquant l'organe oscillant en un point (27) situé entre ses extrémités. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'organe oscillant (22) est sollicité en flexion par la traction exercée sur le fil. 3. Capteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'organe oscillant (22) est précontraint en flexion par l'appui (26) dans une direction qui est contraire à la direction dans laquel- le s'exerce la sollicitation par la traction sur le fil. 4. Capteur selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que l'organe oscillant (22) présente une plaquette piézocéra- mique (23) sensiblement rectangulaire, qui est encastrée par un coté (21) au point de fixation (20) et porte à son côté opposé un organe de déviation de fil (24) et qui est sollicitée en flexion par la traction exercée sur le fil et par l'appui (26) autour d'axes de flexion qui sont parallèles au plan de la plaquette. 5. * Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que l'appui (26) est formé à l'extrémité libre d'un bras (25) qui s'étend depuis un bloc (18) présentant le point de fixation (20) et en ce que l'appui (26) est appliqué contre la plaquette (23) le long d'une ligne (27) qui est parallèle à l'organe de déviation de fil (24). 6. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que le côté encastré (21) de la plaquette (23) est serré dans une fente (20) formée dans le bloc (18). 7. Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que la ligne de contact (27) de l'appui (26) avec la plaquette (23) est située plus près de l'organe de déviation du fil (24) que du point de fixation (20). 8. Capteur selon la revendication 5 caractérisé en ce que le bloc (18) et le bras (25) sont d'un seul tenant avec l'ap- pui (26). 9. Capteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le bras (25) et l'appui (26) sont en matière plastique et sont ancrés sur une masse (16) qui est elle-même montée flottante par un élément d'amortissement élastique (15) dans un corps (11). 10. Capteur selon la revendication 7, caractérisé en ce que la distance entre la ligne de contact (27) et l'organe de dévia- tion de fil (24) correspond à peu près à un tiers ou la moitié de la distance entre la ligne de contact (27) et le point de fixation (20). 11i Capteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'appui (26) est en contact avec la plaquette (23) sur toute la largeur de celle-ci. 12. Application du capteur piézo-électrique selon la reven- dication 1 pour surveiller l'avance d'un fil textile (F) en défile- ment. 13. Application selon la revendication 12 pour surveiller l'avance d'un fil textile dévidé d'une bobine à la défilée. 14. Application selon la revendication 13, o le signal produit est utilisé pour déterminer la longueur du fil textile ayant passée par le capteur et/ou pour réguler un frein de fil conjugué au capteur.