Brevet FR2481244A1 — publié le 19811030

La présente invention concerne un procédé et un dispositif utilisant un commutateur électronique à seuil et à retardement d'enclenchement pour détecter une rupture de fil dans des machines textiles, de préférence des métiers à filer, en fournissant un signal binaire de sortie utilisable comme signal d'indication par un dispo- sitif de contrôle. On a proposé dans l'art antérieur des procédés et dispositifs mécaniques, inductifs, optiques et capaci- tifs qui produisent, en cas de rupture du fil à entraîner, un signal destiné à un traitement ultérieur d'informations. Des procédés et dispositifs mécaniques de contrôle sont basés exclusivement sur le principe que le fil entraîné est palpé par un levier mobile et, en cas de rupture du fil, le mouvement résultant du levier est converti en un déclenchement électrique d'un contact. L'inconvénient de ces solutions consiste dans le contact permanent avec le fil entraîné ainsi que dans l'application du levier con- tre le fil après élimination d'une rupture de fil par l'o- pérateur. Des dispositifs mécaniques de contrôle nécessi- tent en outre un entretien important et présentent une faible fiabilité. Des procédés et dispositifs inductifs pour dé- tecter une rupture de fil sont basés sur le principe du captage du mouvement du rotor d'une machine à filer qui, en cas de rupture du fil, s'immobilise ou bien tourne à une vitesse fortement réduite. Ce rotor traverse, à cha- que tour, généralement un champ magnétique qui est produit par un électroaimant0 Du fait de la variation du flux magnétique lors de l'entrée du rotor dans le champ magné- tique, il se produit une séquence d'impulsions qui est proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor et qui est utilisée par conséquent pour détecter une rupture de fil. L'inconvénient de solutions de ce genre consiste dans les frais élevés de fabrication des électro-aimants nécessaires. Des procédés et dispositifs optiques de contrô- le font intervenir un émetteur et un récepteur, le fil à contrôler étant entratné entre l'émetteur et le récepteur et, en cas de rupture de ce fil, une impulsion est pro- duite par suite d'une augmentation de la transmission de lumière de l'émetteur vers le récepteur et elle est utili- sée pour détecter une rupture de fil. L'inconvénient de tels agencements consiste dans la faible fiabilité car, par suite d'une grande accumulation de poussières et de déchets dans des machines textiles, le trajet du rayon lumineux entre l'émetteur et le récepteur peut être obs- trué de sorte que des dispositifs de ce genre ne remplis- sent plus la fonction qui leur est imposée. Des procédés et dispositifs capacitifs sont ba- sés sur le principe de la variation de capacité d'un con- densateur, par exemple d'un condensateur à plaques, le fil représentant le diélectrique. En cas de rupture du fil, il se produit par conséquent une modification de la constante diélectrique, qui provoque à son tour une va- riation de capacité susceptible d'être exploitée. De fortes influences perturbatrices de l'envi- ronnement, par exemple la production de poussières et de déchets, peuvent avoir une action défavorable sur les faibles variations de capacité se produisant en cas de rupture du fil de sorte qu'il n'est alors plus possible d'utiliser correctement le signal produit ou bien qu'il est nécessaire de faire intervenir des circuits d'une com- plexité technique extrême. Pour convertir un signal d'entrée en un signal binaire stable lors de l'existence d'impulsions de tension stochastiques de largeurs différentes, une solution connue consiste à assurer initialement, à l'aide d'un amplifica- teur, l'amplification de L'amplitude des impulsions et à brancher en série avec l'amplificateur un étage de con- version d'impulsions qui transforme les impulsions en im- pulsions rectangulaires. Après la conversion de forme des - 248144 impulsions, les impulsions rectangulaires sont appli- quées à un étage d'intégration qui établit une valeur moyenne arithmétique des impulsions rectangulaires. Un commutateur à seuil branché en aval est alors utilisé pour la conversion en un signal binaire stable. Un inconvénient de procédés et dispositifs de ce genre consiste d'une part dans l'utilisation de cir- cuits de conceptions coûteuses et d'autre part dans l'u- tilisation d'un intégrateur qui doit remplir des condi- tions sévères dans le cas o aucune impulsion n'est ap- pliquée à son entrée et o, du fait de la dérive existant toujours dans un intégrateur, aucun signal d'erreur ne doit apparaître à la sortie de l'installation. En ce qui concerne les commutateurs à seuils nécessaires, on a proposé d'utiliser des "déclencheurs de Schmitt", des déclencheurs de courant ou bien des amplificateurs opérationnels. Des commutateurs à seuils construits de façon discrète présentent l'inconvénient que, par suite du couplage nécessaire qui est produit par l'intermédiaire d'une résistance d'émetteur ou de source, le signal de sortie s'écarte du potentiel de référence.dans les deux états discrets nécessaires. Le potentiel résiduel doit par'conséquent être arrêté par des composants addition- nels du circuit. Des déclencheurs de courant sont agen- cés de telle sorte qu'on ne peut les réaliser qu'avec une structure bipolaire et en conséquence la résistance d'entrée est relativement basse, ce qui limite très for- tement la constante de temps d'un circuit RC branché-en amont, ou bien ce qui nécessite de faire intervenir des composants de circuit supplémentaires. Des commutateurs à seuils comportant des ampli- ficateurs opérationnels présentent, en ce qui concerne le traitement ultérieur du signal de sortie, l'inconvé- nient que la transposition en un circuit logique n'est pas possible sans apporter des modifications additionnel- 4 2 481244 les au circuit. L'invention a en conséquence pour but de per- mettre, avec des moyens simples, un contrôle de rupture de fil à l'aide d'un système qui fonctionne sans entre- tien et qui ne soit pas affecté par les perturbations provoquées par les conditions ambiantes. En conséquence, l'invention a pour but de four- nir un procédé et un dispositif utilisant un commuta- teur électronique à seuil et à retardement d'enclenche- ment, dans lequel le fil est utilisé comme composant sans établissement de contact de façon à produire, à l'aide d'éléments électroniques de type connu, un signal binaire stable pouvant être traité ultérieurement et permettant de définir correctement une condition de mouvement ou de rupture du fil. Selon l'invention, le problème est résolu en ce que la charge électrique du fil qui est produit lors du mouvement technologique de ce dernier est captée à l'aide d'une électrode à surface plane ou concave, qui est dispo- sée sur la machine textile à proximité du fil en déplace- ment, sous la forme d'une contre-charge provoquée sous cette influence, sans que l'électrode entre en contact a- vec le fil passant devant elle. Le potentiel produit sur l'électrode est augmenté à l'aide d'un amplificateur de forte valeur ohmique de manière que la variation de potentiel soit amplifiée, lors de la production d'une rup- ture de fil, en vue d'obtenir un signal de sortie utili- sable. L'amplificateur comporte une résistance d'entrée ayant une valeur ohmique de l'ordre du mégohm et qui est branchée également en parallèle à une résistance addition- nelle et/ou à un élément semi-conducteur non linéaire, de préférence une diode zéner. Le fil est placé à une certaine distance de l'é- lectrode et cette dernière est reliée à un amplificateur de forte valeur ohmique qui produit un signal de tension utilisable. La répartition de la charge sur le fil a un 2 48 12 Se caractère stochastique et en conséquence le potentiel s'établissant sur l'électrode constitue un signal de ten- sion de faible valeur se produisant de façon stochasti- que, ayant une valeur significative pour la condition de marche "passage de fil" et qui est appliqué à l'amplifi- cateur, qui agit comme un amplificateur de tension. La sortie de l'amplificateur est reliée, direc- tement par l'intermédiaire d'un condensateur, à l'entrée d'un commutateur à seuil et retardement, auquel cas une tension de comparaison ou de référence est appliquée à l'entrée du contacteur à seuil en plus du signal de sor- tie de l'amplificateur branché en amont et on dispose à la sortie du commutateur à seuil d'un signal binaire de tension pouvant être traité par la suite. Les signaux de tension stochastiques à conver- tir conformément à la présente invention et qui sont pro- duits, en fonction des charges réparties de façon stochas- tique sur le fil, sur l'électrode sous la forme d'une va- riation de potentiel, sont amplifiés par l'amplificateur et sont appliqués à un commutateur à seuil et à retarde- ment d'enclenchement qui assure simultanément une conver- sion d'impulsions, un retardement de signal et une trans- formation en un signal binaire stable de manière à produi- re des impulsions quai peuvent être traitées par la suite. L'amplificateur sert à recevoir le signal de tension stochastique et il est relié, soit directement soit par l'intermédiaire d'un condensateur, à l'entrée d'un commutateur à seuil. Le contacteur à seuil se com- pose d'un organe de retardement et d'un composant à deux points, qui sont reliés entre eux ou bien qui sont agen- cés de manière que l'organe à deux points constitue si- multanément l'organe de retardement. L'entrée du commuta- teur à seuil est reliée à une source de tension fournis- sant un potentiel de comparaison. Selon l'invention, un commutateur à seuil peut être utilisé comme un élément de retardement d'enclenche- 248 124. ment, qui comporte une résistance d'entrée relativement grande et qui fonctionne, avec simultanéité d'adaptation de crête et de décalage de potentiel, avec un réglage in- dépendant de la valeur d'enclenchement et de la valeur de coupure ainsi qu'avec un grand retard à l'enclenchement. Le signal de sortie de l'amplificateur agit, comme un signal de tension analogique, directement ou par l'intermédiaire d'un condensateur sur un diviseur de ten- sion dont le point de jonction est relié à l'électrode de grille d'un premier transistor à effet de champ en montage source commune et à l'anode d'une diode, l'électrode de drain du premier transistor à effet de champ étant reliée par l'intermédiaire d'une diode conductrice à la grille d'un second transistor à effet de champ en montage sour- ce commune tandis que la grille du second transistor à effet de champ est reliée à une combinaison-parallèle d'un condensateur et d'une résistance de façon à recevoir le potentiel de référence du circuit, le drain du second transistor à effet de champ délivrant le signal de tension discret à obtenir sous la forme d'un signal binaire sta- ble et étant simultanément relié, par l'intermédiaire d'u- ne résistance ou d'un diviseur de tension, à la cathode de la diode, qui est elle-même reliée à la grille du pre- mier transistor à effet de champ, et en outre un condensa- teur pouvant être relié entre le drain du second transis- tor à effet de champ et la grille du premier transistor à effet de champ. Il est également possible de combiner des résistances et des condensateurs sous la forme de cir- cuits mixtes. Grâce au procédé et au dispositif selon l'in- vention, en utilisant un contacteur électronique à seuil et à retardement d'enclenchement, il est possible de dé- tecter des ruptures de fil dans des machines textiles en opérant sans contact et d'une façon exempte d'entretien et on peut engendrer, en faisant intervenir des composants é- lectroniques de type connu, un signal binaire stable pou- vant être traité par la suite et qui permet de détecte.r une condition d'entraînement correct ou de rupture de fil. L'invention permet également d'éliminer des per- turbations provoquées par des conditions ambiantes, comme des poussières ou des déchets, qui se forment notamment dans des machines textiles. D'autres avantages et caractéristiques de l'in- vention seront mis en évidence, dans la suite de la des- cription, donnée à titre d'exemple non limitatif, en réfé-. rence aux dessins annexés dans lesquels - - la figure 1 représente un schéma de principe du disposi- tif selon l'invention; - la figure 2 montre la variation en fonction du temps du signal de tension stochastique apparaissant à l'électrode; - la figure 3 montre un schéma du circuit du commutateur à seuil retardé. Sur la figure 1 le fil 1 est placé à une dis- tance a de l'électrode 2. Cette électrode 2 est reliée à un amplificateur 3 de forte valeur ohmique qui fournit un signal de tension exploitable Xa'. L'amplificateur 3 comporte une résistance d'entrée Re et il est relié par sa sortie, directement ou par l'intermédiaire d'un conden- sateur 4, avec le commutateur à seuil 5, c'est-à-dire un commutateur électronique à seuil et à retardement d'enclen- chement. En outre, le commutateur à seuil 5 est relié à une source 6 fournissant un potentiel de comparaison ou de référence. Le commutateur à seuil 5 se compose d'un organe de retardement 7 et d'un organe à deux points 8, ces deux organes étant reliés entre eux ou bien l'organe à deux points 8 constituant simultanément l'organe de retardement 7. On obtient à la sortie du commutateur à seuil 5 le signal binaire stable Xa. Exemple 1: Le fil 1 passe à une distance a devant l'élec- trode 2. Cette électrode 2 comporte une surface métalli- que plane ou concave. La charge électrique répartie de façon stochastique sur le fil 1 produit par influence sur l'électrode 2, une contre-charge qui a une valeur é- gale à la charge du fil 1. L'électrode 2 est en outre reliée à l'entrée d'un amplificateur 3 de forte valeur ohmique. Du fait que l'électrode 2 représente une sur- face équipotentielle, un potentiel de tension est engen- dré sous l'effet de la charge entre l'électrode 2 et la résistance d'entrée Re de l'amplificateur 3 et il se pro- duit ainsi à la sortie de l'amplificateur 3 un signal de tension exploitable Xa'. Lorsque le fil 1 passe à la vitesse V à une distance a devant l'électrode 2 avec ses charges réparties de façon stochastique, il se produit dans l'électrode 2, et par conséquent dans la résistance d'entrée Re, de petits potentiels répartis stochastique- ment Xe sous la forme d'impulsions de tension dont la va- riation en fonction du temps a été représentée sur la figure 2. A la sortie de l'amplificateur 3, il apparait par conséquent des impulsions de tension qui sont ampli- fiées sous la forme du signal de tension exploitable Xa'. Lors d'une rupture du fil 1, il se produit une supression de la charge et par conséquent une variation de potentiel à l'entrée de l'amplificateur 3 de telle sorte que les im- pulsions de tension sont supprimées. Cette modification se produit également sous la forme d'une modification du signal de tension exploita- ble Xa' à la sortie de l'amplificateur 3 et on est ainsi averti de l'existence d'un fil 1 en train de se déplacer devant l'électrode 2. La résistance d'entrée Re de l'am- plificateur 3 peut également être associée à une autre ré- sistance ou bien à un élément semi-conducteur non linéaire, par exemple une diode zener. Lors du passage du fil, les petits potentiels Xe répartis stochastiquement dans la résistance d'entrée Re de l'amplificateur 3 sont amplifiés par celui-ci de telle 24 1244 sorte que les amplitudes du signal de tension Xa' sont suffisantes pour vaincre l'hystérésis de l'organe à deux points 8 et pour assurer sa commutation. Pour exclure l'influence de potentiels parasites, on peut brancher entre l'amplificateur 3 et le commutateur à seuil 5 un condensateur 4. Du fait de la commutation de l'organe à deux points 8 lors du passage du fil, il se produit à la sortie du commutateur à seuil retardé 5 un signal bi- naire stable Xa présentant l'état logique 0. En même temps que s'effectue ladite commutation du commutateur 5, l'organe de retardement 7 est chargé avec une tension d'amplitude constante (conformation dVimpul- sion)0 Lorsqu'il se produit maintenant entre les signaux de tension Xa' une pause irrégulière, l'organe à deux points 8 peut être ramené dans l'état "logique 1" lors- que le commutateur à seuil 5 s'est déchargéo Lorsqu'il se produit à nouveau, pendant la décharge, des signaux de tension Xa', l'organe de retardement 7 est à nouveau char- gé rapidemento Le retardement temporel de la décharge est fonc- tion de la plus grande pause du signal de tension Xa'o Lorsqu'il ne se produit plus aucun signal de tension Xa' après écoulement de la période de retard, la sortie de l'organe bistable 8 passe dans l'état logiqueo Le po- tentiel à comparaison fourni par la source de tension 6 et appliqué à l'entrée du commutateur à seuil 5 fait pas- ser, en cas d'absence des signaux de tension aN', le commutateur à seuil 5 dans l'état logique de sécurité "1'9o Le circuit peut être agencé de manière à obte- nir pour le signal binaire stable Xa un comportement in- verse de celui décrit ci-dessus. Pour expliquer l'agencement d'un circuit compor- tant un commutateur à seuil 59 on va se référer à la fi- gure 3. En ce qui concerne l'agencement représenté, on va soupposer que le commutateur à seuil 5 est enclenché quand le transistor à effet de champ V 2 est bloqué. 2481t44 Le commutateur à seuil 5 est déclenché quand le transistor à effet de champ V 2 se trouve dans la condi- tion de conduction. On obtient ainsi pour le signal de sortie deux états discrets Xa*% PUB pour "enclenchement" = "état logique 1" Xa Qy O pour "arrêt" - "état logique 0". On va maintenant expliquer le fonctionnement du circuit en partant de la condition de "arrêt". En vue d'obtenir un retard de valeur désirée, on branche entre les transistors à effet de champ VI et V2 un réseau se composant d'une diode V4 d'un condensateur Cl et d'une ré- sistance R8. Dans la condition "arrêt", le transistor à effet de champ VI est bloqué tandis que le transistor à effet de champ V2 est conducteur. Le signal binaire stable Xa = O. Cette condition correspond aux signaux de tension Xa' qui sont appliqués au circuit de la figure 1. Le condensateur Cl s'est approximativement chargé au poten- tiel correspondant à la tension de service -UB, à condi- tion que la relation R3 R8 soit satisfaite. (Charge avec amplitude constante, conformation d'impulsions). La tension du condensateur CI est simultanément appliquée à la grille, de forte valeur ohmique, du transistor à effet de champ V2 et celui-ci est conducteur. Lorsque les si- gnaux de tension Xa' ne sont plus appliqués à l'entrée du commutateur à seuil retardé 5, la source de tension 6 fait en sorte que le transistor à effet de champ VI soit conducteur, auquel cas le point de commutation est défini par les résistances RI, R2, qui fonctionnement comme un diviseur de tension. Du fait que le transistor à effet de champ Vl est conducteur, la cathode de la diode V4 est sollicitée par le potentiel correct de sorte que le con- densateur CI ne reçoit plus aucune charge. Le condensa- teur Cl se décharge dans la résistance R8. Une décharge rapide par l'intermédiaire de la voie drain-source de faible valeur ohmique du transistor à effet de champ Vi est em- pêchée par la diode V4. Cela signifie que la décharge du condensateur Cl s'effectue automatiquement avec la constante de temps T = 48. Cl. Lorsqu'il se produit à nouveau pendant la décharge des signaux de tension Xa' à l'entrée du commutateur à seuil retardé 5, avant que la tension de seuil du transistor à effet de champ V2 ait été atteinte, le condensateur Cl est à nouveau char- gé car le transistor à effet de champ VI est bloqué pendant la durée des signaux de tension Xa'. Ce n'est que lorsqu'il ne se produit plus de signaux de tension Xa' que le condensateur CI se décharge complètement. Lorsque la tension au condensateur Cl atteint la tension de seuil du transistor à effet de champ V2, celui-ci com- mence à se bloquer et il commute, sous l'assistance du couplage de liaison des résistances R6, R7 et de la dio- de V3, dans l'état logique "1" = -UB- Avec cet agencement, on obtient un retar- dement qui a la valeur: UT tv = -T. In - UB De cette manière, le signal de tension stochasti- * que peut être converti en signaux binaires stables Xa = log. 1 ou Xa = log. 0 et être utilisé pour d'autres trai- tements d'informations. REVENDICATIONS 1) Procédé de contrôle de rupture de fil, dans le- quel le fil représente un composant sans établissement de contact, caractérisé en ce qu'on détecte la charge é- lectrique du fil, se produisant au cours du passage tech- nologique du fil, à l'aide d'une électrode métallique à surface plane ou concave qui est disposée sur la machine textile à proximité du fil en déplacement, sous la for- me d'une contre-charge produite dans l'électrode sous l'influence du fil passant devant elle sans entrer en contact avec celle-ci et en ce qu'on augmente le poten- tiel ainsi formé sur l'électrode à l'aide d'un amplifica- teur de forte valeur ohmique de manière que la variation de potentiel se produisant lors d'une rupture de fil soit amplifiée pour obtenir un signal de sortie utilisable. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'amplificateur comporte une résistance d'en- trée ayant une valeur ohmique de l'ordre du megohm et qui est branchée en parallèle à une résistance addition- nelle et/ou à un élément semi-conducteur non linéaire, de préférence une diode zener. 3) Dispositif pour la mise en pratique du procédé de contrôle de rupture de fil selon l'une des revendica- tions 1 et 2, caractérisé en ce que le fil (1) est placé à une distance (a) de l'électrode (2) et en ce que l'é- lectrode (2) est reliée à un amplificateur (3) de forte valeur ohmique qui produit un signal de tension utilisa- ble (Xa'). 4) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux de tension à répartition stochastique à convertir, qui sont engendrés en fonction des charges réparties stochastiquement dans le fil sur l'électrode sous la forme de variations de potentiel, sont amplifiés par l'amplificateur et en ce que la sortie de l'amplifi- cateur est reliée à l'entrée d'un commutateur à seuil et retardement directement ou par l'intermédiaire d'un con- 4'i 1244 densateur, l'entrée du commutateur à seuil étant reliée à la sortie dudit amplificateur et étant en outre solli- citée par une tension de comparaison ou de référence et le commutateur à seuil produisant à sa sortie un signal de tension binaire stable et pouvant être traitéo ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que le commutateur à seuil effectue simultanément, lors de l'application de signaux de tension, une conver- sion de forme d'impulsions, un retardement de signal et une conversion en un signal binaire stable qui convient pour un traitement ultérieur, 6) Commutateur à seuil et retardement d'enclenche- ment selon la revendication 5, caractérisé en ce que le signal de tension (Xa') est appliqué9 directement ou par l'intermédiaire d'un condensateur (4), à des résistances (R1, R2), qui fonctionnent comme un diviseur de tension dont le point de jonction est relié à l'électrode de gril- le d'un premier transistor à effet de champ (V,19 R3) en montage source commune et à l'anode d'une diode (V3), en ce que l'électrode de drain du premier transistor à effet de champ (V1i, R3) permet l'application du potentiel de référence, par l'intermédiaire dt'une diode (V4) connectée dans la direction de conduction à l'électrode de grille du second transistor à effet de champ en montage source commune (V2, R5) et à une combinaison-parallèle formée d'un condensateur (C1) et d'une résistance (R8), en ce que l'électrode de drain du second étage à transistor à effet de champ (V2, R5) assure la sortie du signal de tension discret devant former un signal binaire stable (Xa) et est simultanément reliée, par l'intermédiaire d'une résistance, ou d'un diviseur de tension se compo- sant des résistances (R6, R7), à la cathode de la diode (V3), qui est relié à la grille du premier transistor à effet de champ (VI, R3) et en ce qu'en outre le drain du second transistor à effet de champ (V2, R5) est relié par un condensateur (C2) à la grille du premier transistor à effet de champ (V1, R3). 7) Commutateur à seuil retardé selon la reven- dication 6, caractérisé en ce que des résistances et des condensateurs forment des circuits mixtes.