Brevet FR2473700A1 — publié le 19810717

La présente invention concerne les capteurs de proximité, et plus particulièrement ceux qui fonc- tionnent avec une bobine électrique alimentée par un courant alternatif et qui sont capables de détecter le passage, aà proximité de cette bobine, d'une pièce en matière conductrice. grâce à l'amortissement des oscillations dans la bobine (sous l'effet de l'augmen- tation des courants de Foucault lors du rapprochement de la pièce conductrice). On connait des capteurs de proximité de ce type, utilisant un oscillateur à circuit accordé SC (inductance-capacité) dont la bobine constitue l'induc- tance. En l'absence de pièce conductrice à proximité de la bobine, le circuit accordé a un fort coefficient de surtension et l'oscillateur oscille facilement. En présence d'une pièce conductrice, les courants de Foucault engendrés dans cette pièce créent un fort amortissement, c'est-àdire une forte réduction du coefficient de surtension dû circuit accordé. Il en résulte une charge élevée pour l'oscillateur qui ne peut plus osciller. Ainsi, la présence ou l'absence d'une pièce métallique conductrice à proximité de la bobine se traduit respectivement par l'absence ou la présence d'oscillations de l'oscillateur. L'inconvénient des capteurs de ce type existant actuellement (connus sous le nom de-capteurs à blocage d'oscillations) est double: - d'abord si on n'est pas sûr de la distance que l'on cherche à détecter entre la masse conductrice - et la bobine, il faut utiliser un oscillateur capable de s'arrêter d'osciller à la fois pour la plus grande et la plus petite distance à laquelle risque de pas- ser la pièce, et ceci pour les conditions de tempé- rature extrêmes possibles (car le coefficient de surtension de la bobine, qui est essentiel pour le- calcul de l'oscillateur,-dépend beaucoup de-la température et de l'entrefer à détecter); - d'autre part, on ne peut pas effectuer une discrimination entre deux pièces magnétiques passant à des distances différentes de la bobine, alors que dans certains cas il est nécessaire ou souhaitable d'effectuer une telle discrimination et on est alors obligé d'utiliser deux capteurs réglés différemment. Pour améliorer les capteurs de ce genre, la présente invention propose un capteur de proximité comprenant un oscillateur à gain variable, ayant une entrée de commande de gain et ayant comme charge un circuit accordé LO dont l'inductance est constituée par une bobine électrique, un détecteur de l'amplitu- de du signal électrique aux bornes de la bobine, un amplificateur différentiel pour effectuer la différence entre l'amplitude du signal électrique et une ampli - tude d'un signal de référence, la sortie de l'amplifi- cateur étant reliée à l'entrée de commande de gain de l'oscillateur et constituant en même temps la sortie du capteur de proximité. Ainsi l'oscillateur est bouclé entre sa sortie (prise aux bornes de l'inductance) et son entrée de commande de gain, d'une manière telle que l'ampli- tude de la tension électrique aux bornes de la bobine soit toujours ramenée à une valeur sensiblement cons- tante qui est l'amplitude de référence (à une valeur d'écart près qui est la tension différentielle à l'entrée de l'amplificateur différentiel et qui est d'autant plus faible que le gain de l'amplificateur est plus élevé). Dans ce système bouclé, le gain de l'oscilla- teur est augmenté si la tension aux bornes de la bobine est trop faible par rapport à l'amplitude de référence; il est réduit dans le cas contraire. La tension de com- mande de gain de l'oscillateur est alors représentative de la proximité de la pièce en matière conductrice: plus la pièce est proche de la bobine, plus l'amortis- sement est élevé et plus il faut augmenter le gain de l'oscillateur pour ramener les oscillations à une ampli- tude de référence constante. les capteurs de proximité de la technique antérieure ne permettaient pas d'obtenir une telle relation entre tension et proximité car ils fonction- naienVavec un oscillateur n'ayant que deux états,oscil- lant (saturé) ou non oscillant (pas de signal), la présence d'une pièce se détectant par l'absence d'oscil- lation. Ici, la présence d'une masse et sa plus ou moins grande proximité se mesurent directement à par- tir de l'amplitude de la tension à l'entrée de comman- de du gain de l'oscillateur. On obtient ainsi un capteur de proximité capable soit de détecter le passage d'une pièce con- ductrice avec de larges tolérances en ce qui concerne la distance à laquelle passe la pièce par rapport à la bobine et en ce qui concerne d'autres paramètres variables, tels que la température, le coefficient de surtension à vide du circuit Lé etc., soit de détecter en les différenciant les passages de pièces à des distances différentes de la bobine. Dans ce dernier cas, on peut prévoir des circuits à seuil pour détecter les signaux correspondant à une proximité donnée ou un intervalle de proximité donné. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit et qui est faite en référence aux dessins annexés dans lfsquels: - la figure 1 représente un schéma bloc du capteur à oscillateur asservi selon l'invention; - la figure 2 représente un diagramme temporel de la tension de sortie du capteur; - la figure 3a représente une variante d'utili- sation ducapteur et la figure 3 b représente le signal de sortie correspondant; - la figure 4 représente un schéma détaillé du capteur. A la figure 1, en voit le schéma simplifié d'un capteur destiné àdétecter le passage de dents en matériau électriquement conducteur, faisant saillie radialement vers l'extérieur à la périphérie d'un disque tournant 12. A cet effet, le capteur comprend une bobine électrique 14 disposée à proximité du trajet en rotation des dents 10. la bobine 14 est alimentée en courantalternatif par un oscillateur 16 et le passage d'une masse conductrice (dents 10) à proximité de la bobine a pour effet d'amortir des oscillations dans la bobine d'autant plus que la masse conductrice passe plus près de la bobinàe et que la fréquence est plus élevée. Dans les capteurs de la technique antérieure fonctionnant sur ce principe,. on détecte le passage 4 73700 des dents 10 par la présence ou l'absence d'oscilla- tions au niveau de la bobine 14. Dans la présente invention, l'oscillateur 16 est un oscillateur à gain variable. Il possède une entrée de commande de gain E susceptible de recevoir une tension continue, et plus la tension à l'entrée E est grande plus le gain de l'oscillateur est grand. On s'arrange pour boucler l'oscillateur sur lui-même de sorte que si la tension aux bornes de la bobine 14 diminue trop, le gain est augmenté et que si la tension augmente le gain est diminué, la tension aux bornes de la bobine restant finalement constante par une variation appropriée du gain de l'oscillateur quel que soit l'amortissement de la bobine 14. Ainsi, contrairement à la technique anté- rieure d.ans laquelle la présence ou l'absence d'une masse conductrice à proximité'de la bobine setraduit par une absence ou une présence d'oscillations au niveau de la bobine, la détection de proximité s'ef- fectuant par un examen du signal aux bornes de la bobine, ici, on prévoit que l'absence ou la présence d'une masse conductrice, et même plus précisément sa plus ou moins grande proximité par rapport à la bobine sont détectées par un examen de la tension qu'il faut appliquer à l'entrée de commande de gain de l'oscilla- teur 16 pour maintenir à une valeur prédéterminée la tension aux bornes de la bobine 14. La sortie du capteur de proximité selon l'invention est donc prélevée sur l'entrée de commande de gain E de l'oscillateur 16, alors que dans la tech- nique antérieure (o l'oscillateur est à gain fixe) la sortie est prélevée aux bornes de la bobine 14 2 473700 elle-mgme. Pour obtenir une amplitude constante aux bornes de la bobine malgré les variations d'amortissement créées par le rapprochement ou l'éloignement d'une masse conductrice, on prévoit un détecteur d'amplitude 18 ayant une entrée reliée aux bornes de la bobine 14 et une sortie connectée à une entrée d'un amplificateur différentiel 20 dont l'autre entrée est reliée à une source de tension de référence 22. La sortie de l'ampli- ficateur 20 est reliée à l'entrée E de commande de gain de l'oscillateur 16. L'amplificateur 20 est à grand gain de sorte que la tensiondifférentielle entre ces entrées est toujours faible, et par conséquent le gain- de l'oscillateur 16 est en permanence commandé de sorte que la tension de sortie du détecteur d'amplitude 18 soit toujours pratiquement égale à la tension de la source de référence 22 (à la tension d'écart près aux bornes d'entrée de l'amplificateur). D'après les explications qui précèdent, on comprend que la tension de sortie du capteur Vs prélevée à la sortie de l'amplificateur 20, c'est-à-dire à l'en- trée E de commande de gain de l'oscillateurl6, augmente Si la tension aux bornes de la bobine 14 diminue, c'est-à-dire si 1' amortissementde celleci augmente à cause du rapprochement d'une masse conductrice; au contraire la tension de sortie Vu diminue si la ten- sion aux bornes de la bobineaugmente par suite d'une diminution de l'amortissement, c'est-à-dire par suite d'un éloignement d'une masse conductrice. A la figure 2 on a représenté la tension de sortie Vs du capteur qui est obtenue avec le système de la figure 1 pour un disque 12 tournant régulièrement et des dents 10 régulièrement espacées à la périphé- rie du disque 12: on obtient des créneaux réguliers dont les sommets correspondent aux passages des dents successives devant la bobine 14. On remarque qu'avec ce principe de fonction- nement, on obtient en sortie du capteur une tension Vs en créneaux pour une très large gamme de proximités entre les dents 10 et la bobine 14, la distance entre la bobine 14 et le trajet des dents 10 n'ayant pas besoin d'être rigoureusement fixée pour permettre une détection du passage de chaque dent; simplement, si les dents passent à une distance trop grande, les créneaux Vs seront d'amplitude relativement faible, tandis que si les dents passent très près de la bobine 14 les créneaux auront une amplitude plus grande. Avec les capteurs à blocage d'oscillation de la techni- que antérieure, il était nécessaire de calculer préci- sément la distance à laquelle on doit placer la bobine 14 par rapport au trajet des dents 10, pour que l'oscil- lateur soit bloqué lors du passage d'une dent mais puisse se débloquer largement entre les deux dents. La présente invention permet non seulement d'obtenir un signal significatif pour une large gamme de distancesentre la bobine et le trajet des dents O, mais aussi de discriminer des dents de hauteur diffé- rente, c'est-à-dire passant à une distance différente de la bobine 14. En effet, dans l'exemple représenté à la figure 3a, on a prévu un disque pourvu de dents 10' alternées avec des dentsl0" de hauteur différente, de sorte que les dents 10' passent à une distance dl de la bobine tandis que les dents 10" passent à une distance d2 de la bobine. L'amortissement provoqué par les dents 10" est plus important que l'amortissement provoqué par-les dents 10' et par conséquent, pour ramener le signal électrique aux bornes de la bobine 14 à la valeur constante de référence déterminée par la source 22, il est nécessaire de prévoir un gain d'oscillateur plus élevé lors du passage des dents 10l que lors du passage des dents 10'. Ceci se traduit sur la figure 3b par une forme de signal Vs en créneaux alternés d'amplitudes différentes, Ai étant l'amplitude des créneaux corres- pondant au passage d'une dent 10' et A2 étant l'ampli- tude de tension correspondant au passage d'une dent 10". Par une détection du niveau des créneaux, on peut effec- tuer une discrimination entre les dents 10' et 10", ou plus généralement entre des pièces passant à des proxi- mités différentes de la bobine 14. le détail d'un mode d'exécution du capteur - à oscillateur asservi selon l'invention est représenté à la figure 4. la bobine 14 est connectée en parallèle avec une capacité C1 pour constituer un circuit résonnant La servant à entretenir en oscillation,à une fréquence déterminée par la fréquence de résonnance du circuit, un oscillateur comportant deux transistors Q2 et Q4 dont les collecteurs sont reliés chacun à une borne du circuit SC, le collecteur de l'un des transistors, Q2, étant relié à une borne du circuit MC par l'in- termédiaire de deux diodes CR2 et CR3 en série. la borna du circuit XC reliée au collecteur de l'un des transistors est également reliée par l'intermédiaire d'une résistance (respectivement R6, R3) à la base de l'autre transistor pour constituer le circuit oscillant. Les bases des transistors Q2 et Q4 reçoi- vent également une polarisation continue positive par l'intermédiaire de résistances R2 et R5. La charge de l'oscillateur donc son gain peut être réglée au moyen d'un transistor Q3 relié en série avec les deux autres transistors Q2 et Q4 et la base du transistor Q3 constitue l'entrée E de commande de gain de l'oscilla- teur qui est reliée à la sortie de l'amplificateur diffé- rentiel 20 par l'intermédiaire des résistances en série R7 et 110, en conjugaison avec K8 et Q5 qui constituent une certaine compensation en température. L'amplificateur 20 reçoit sur son entrée inverseuse une tension continue, établie au moyen d'une diode Zener CR6 et d'un pont diviseur R12, R13, R14, la résistance R13 étant une résistance variable permettant d'ajuster la tension de référence ainsi appliquée à l'entrée inverseuse de l'amplificateur. L'entrée non-inverseuse est reliée à un détecteur de l'amplitude des oscillations aux bornes du circuit SC et ce détecteur est constitué par une capacité de charge C2 et une résistance de charge R11 reliéesen série l'une avec l'autreetEnsérie avec une diode de redressement CR4; la tension qui est appliquée aux bornes de cet ensemble en série est essentiellement celle qui est prélevée aux bornes de la bobine 14, un transistor Q6 monté en collecteur commun étant simplement prévu pour éviter de chargerinutilement l'oscillateur par le détecteur d'amplitude. L'entrée non-inverseuse de l'amplificateur différentiel 20 est reliée à une borne de la capacité de charge C2 du détecteur d'amplitude et la tension qui apparatt sur cette entrée correspond à la tension crête des oscil- lations aux bornes de la bobine 14. On a ainsi décrit un mode de réalisation particulier du capteur à oscillateur à gain asservi selon l'invention. Bien entendu on peut prévoir d'autres modes d'exécution sans sortir du cadre de l'invention. - 10 Ce capteur peut trouver son application notamment pour réaliser des systèmes d'allumage élec- tronique de moteurs à explosion o on a besoin de capteurs de position pour contrOler la rotation d'un arbre moteur et commander en conséquence l'allumage du mélange explosif dans les cylindres-du moteur. RYEVENDICATIOINTS 1. Capteur de proximité comportant un oscilla- teur chargé par un circuit accordé SC ayant une bobine électrique susceptible d'induire des courants de Fou- cault dans une pièce conductrice passant à proximité d'elle en créant un amortissement des signaux électriques oscillants qui la parcourent, caractérisé par le fait que l'oscillateur est à gain variable et comporte une entrée de commande de gain et qu'un bou- clage entre sa sortie et cette entrée est prévi4 pour maintenir à une valeur sensiblement constante l'ampli- tude des oscillations aux bornes de la bobine, l'entrée de commande de gain de l'oscillateur constituant la sortie du capteur. 2. Capteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il est prévu un détecteur d'amplitude des oscillations électriques aux bornes de la bobine, ce capteur étant couplé auxdites bornes, que la sortie du détecteur d'amplitude et la sortie d'une source électrique ayant une amplitude de référence sont couplées respectivement aux entrées d'un amplificateur différentiel et que la sortie de cet amplificateur est couplée à l'entrée de commande de gain de l'oscillateur. 3. Capteur de proximité selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le détecteur d'amplitude comporte un circuit de filtrage délivrant une tension égale à la valeur de crête de la tension alternative aux bornes de la bobine. 4. Capteur de proximité selon l'une des revendications 2 et 3, caractérisé par le fait que l'oscil- lateur est alimenté par une source de courant variable commandé par la sortie de l'amplificateur différentiel. 5. Capteur de proximité.selon l'une des reven- dications 1 à 4, caractérisé par le fait qu'il est prévu un moyen de détection de l'amplitude de la tension appliquée à l'entrée de commande de gain de l'oscilla- teur. -6. Capteur de proximité selon l'une des reven- dications 1 à 5, caractérisé-par le fait qu'il est prévu en sortie du capteur un moyen de discrimination d'ampli- tude pour permettre la détection différenciée de passa- ges de pièces à des proximités différentes de la bobine.