Brevet FR2478325A1 — publié le 19810918

L'invention est relative aux détecteurs de proximité du type comprenant un autooscillateur sensible à la présence d'un corps conducteur, elle concerne plus particulièrement, l'élément selfique sensible d'un tel détecteur. La technique des détecteurs de proximité considérés ici est largement divulgués dans les publications techniques existantes et les applications de tels détecteurs se rencontrent dans les automatismes, dans les matériels de mesure et l'industrie automobile. Ce type de détecteur de proximité est un dispositif qui comprend, connectés en série, les éléments suivants : un autooscillateur incluant un circuit résonant self-capacité, un détecteur dlenveloppe et un détecteur de tension bistable délivrant un signal de sortie à un niveau haut ou à un niveau bas indiquant la présence ou non d'un corps conducteur au voisinage immédiat du détecteur.L'élément selfique du circuit résonant de l'autooscillateur qui constitue aussi l'élément sensible du dispositif rayonne un champ de fuite magnétique à l'intérieur duquel peut se déplacer un corps conducteur tel qu'un objet métallique ferromagnétique ou non ; il résulte de la présence de cet objet, des pertes dissipatives induites qui modifient la surtension du circuit résonant et corrélativement l'amplitude du signal d'oscillation, cette amplitude étant mesurée pour fournir le signal de sortie du dispositif. Des détecteurs de proximité du type précité doivent être produits en large quantité, avec des caractéristiques très faiblement dispersées et ceci pour un faible cotit. le problème qui se pose à l'industrie est de minimiser les coûts de production de ces dispositifs. Ce problème a été partiellement résolu en intégrant, dans un boitier standard, sur une micropastille de semiconducteur, la totalité des composants électroniques du détecteur, à l'exception de deux ou trois composants passifs et, notamment, de l'élément selfique sensible ; le problème demeure, maintenant, de réduire les coûts de réalisation de cet élément selfique sensible sans compromettre les performances de détection du dispositif.Selon l'art antérieur, un élément selfique sensible comprend un circuit magnétique sur lequel sont bobinées quelques spires d'un fil conducteur, cet élément selfique étant logé et immobilisé à l'extrémité d'un boîtier métallique comportant une ouverture située au niveau du champ de fuite magnétique de l'élément. C'est - l'utilisation d'un circuit magnétique qui est à la source du coût de fabrication de l'élément selfique sensible. Cependant, une analyse plus rigoureuse des caractéristiques de fonctionnement de l'ensemble élément selfique-autooscillateur et objet métallique à détecter indique que la réalisation de ltélément selfique sensible peut être simplifiée et corrélativement le coût de production abaissé.Pour atteindre ce but, selon l'invention, l'élément selfique sensible comprend une bobine à air à fort coefficient de surtension qui est placée dans un environnement dont les pertes dissipatives électromagnétiques sont relativement faibles. D'altres caractéristiques apparaîtront dans la description détaillée qui va suivre d'un mode de réalisation d'un détecteur de proximité, selon l'inverftion, faite en regard dfi dessins annexés ; sur ces dessins - la figure 1 représente le schéma électrique d'un détecteur de proximité du type considéré dans l'invention - la figure 2 représente, selon une vue en coupe, un détecteur de proximité de l'art antérieur - la figure 3 représente, selon une vue en coupe, un mode de réalisation du détecteur de proximité de l'invention - la figure 3B représente un détail de réalisation du détecteur de proximité de la figure 3. La figure 1 représente le schéma électrique d'un détecteur de proximité, couramment réalisé ;.ce détecteur comprenant les éléments suivants - un boîtier standard B dans lequel les circuits électroniques du détecteur sont intégrés sur une micropastille d'un semiconducteur, à savoir l'auto- oscillateur, le détecteur d'enveloppe et le détec teur de tension bistable ; un tel circuit intégré peut être du type ESM 1601 fabriqué par la Division SESCOSEM de la Société THOMSON-CSP ou d'un type équivalent disponible commercialement, - des composants passifs : la résistance de charge Rc du détecteur de tension bistable, la résistance Rs de réglage de la sensibilité du dispositif et un circuit résonant constitué par l'élément selfique lo et sa capacité d'accord Co. L'élément selfique Lo constitue l'élément sensible du dispositif du fait que par constction, il possède un champ de fuite qui produit par induction des pertes dissipatives dans tout objet métallique soumis à l'action de ce champ de fuite. Ce circuit intégré est alimenté par une tension positive Vcc et il délivre un signal'de sortie Vs. La figure 2 représente, selon une vue en coupe, un mode de réalisation, selon l'art antérieur, du détecteur de proximité de la figure t, ce mode de réalisation étant particulièrement mis en oeuvre dans les transducteurs de position utilisés dans l'industrie automobile, par exemple, dans le transducteur de la position des pistons du moteur, ce transducteur comportant en outre des masselottes métalliques disposées sur le volant du moteur ; le détecteur de proximité de la figure 2 comprend les éléments suivants - un boîtier support réalisé en un alliage d'aluminium; ce boîtier comportant un corps cylindrique 1 muni d'un moyen de fixation constitué par un filetage 2 et une tête de serrage 3, et, un opercule isolant 4 permettant de fermer mécaniquement 1' extrémité de ce corps cylindrique - à l'intérieur du. corps 1 est insérée une plaquette diélectrique sur laquelle sont disposés et inter connectés les composants électroniques déjà énumérés à l'exception de l'élément selfique sensible Lo qui est logé à l'intérieur de l'opercule 4 ; cet élément selfique est constitué par un pot en ferrite 6a dans lequel est logée une bobine électrique 6b, la configuration du pot en ferrite est une configuration ouverte dotée d'un chemin de fuite ; la liaison mécanique entre le pot de ferrite et l'extrémité de la plaquette diélectrique peut être réalisée de différentes façons, notamment par un pied de centrage logé dans le trou axial du pot en ferrite. les liaisons électriques entre le détecteur de proximité et l'organe d'utilisation sont assurées par un cible multiconducteur 7. Enfin l'-obilisa- tion des composants électroniques peut être réalisée par injection, dans le corps cylindrique, d'une résine diélectrique de moulage 8.Dans ce mode de réalisation de I'élément selfique sensible Lo, le pot de ferrite 6a permet de localiser et de concentrer le champ de fuite magnétique de la bobine 6b. Pour une valeur donnée de la self inductance, les pertes ohmiques et les pertes par rayonnement de la bobine 6b sont réduites au détriment des pertes dissipatives dans le pot en ferrite. le déplacement des masselottes métalliques se produit dans le plan de la flèche représentée sur cette figure 2, ces masselottes peuvent être réalisées en un métal amagnétique ou un métal ferromagnétique qui crée alors des pertes dissipatives par hystérésis. La figure3Areprésente, selon une vue en coupe, le détecteur de proximité de l'invention comprenant les éléments suivants - un étui-support 9 de section circulaire réalisé en un matériau isolant à faibles pertes diélectriques, cet étui-support est fermé à sa partie in-2érieure et il est muni à sa partie supérieure dT-wn moyen de fixation comprenant le pas de vis 2 et la tête de serrage 3 - une plaquette diélectrique 5 logée à l'intérieur de l'étui-support, sur cette plaquette sont disposées et interconnectés les composants électro--ques déjà énumères. - un élément selfique sensible 10 constitué par une bobine à air réalisée avec un fil à brins divisés, encore appelé fil de Litez, afin d'obtent un coef ficient de surtension supérieur à 70. l'utilisation d'une bobine à air nécessite d'éloigner physiquement les éléments métalliques tels que les pointes de soudure, les connections des composants et les broches du circuit intégré dans le but de réduire les pertes dissipatives induites par le champ magnétique de rayonnement de la bobine. La paroi de l'extrémité du boîtier support est de faible épaisseur et sa distance mécanique au plan de fixation de 1' étui doit être parfaitement déterminée. la bobine à air est fixée en bout de la plaquette diélectrique, par exemple, par des points de colle ; ainsi lors de l'opération de logement de cette,plaqu-ette dans l'étui-support, la bobine à air s'y trouve en appui sur le fond interne de cet étui-support. il est possible de fournir un isolement électromagnétique partiel de la bobine à air par l'injection dans l'étui-support d'une résine diélectrique de moulage comportant une charge ferromagnétique pulvérulente telle qu'une poudre de ferrite, en prenant la précaution d'éviter qu'une couche de cette résine chargée ne recouvre la face sensible de-la bobine à air, ceci peut être obtenu, par exemple, en ménageant une cuvette torique, comme indiqué sur la figure 33, dans le fond de l'étuisupport, ou tout autre moyen équivalent.Selon un mode différent d'isolement, au moins l'une des faces de la paroi latérale de l'étui-support peut être recouverte d'une laque comportant une charge ferromagnétique pulvérulente telle Q'une poudre de ferrite. L'élément selique sensible doit être e faibles dimensions, qWelcues millimètres par exemple, aln de produire un champ de fuite magnétique peu étendu ; cet élément selfique peut être réalisé par Lui bobinage en nid d'abeilles comprenant 65 tours d'un fil de 16 brins de 35 pm, pour lequel un coefficient de surtension de l'ordre de 100 peut être obtenu dans la bande de fréquence de 1 à 3,5 MXz. le mode de réalisation du détecteur de proximité de la figure 3A-, tel qu'il vient d'être décrit, peut encore être simplifié si l'on considère une production de grande série à partir d'outillages industriels spécifiques, évitant la construction séparée des moyens de fixation et de ltétui-support. Pour ce faire, la plaquette (5) diélectrique équipée, c'est-à-dire après montage des composants électroniques, de l'élément selfique sensible (10) et des- connexions de sortie (7) est placée. à l'intérieur d'un moule de fabrication dans lequel est injectée une résine de moulage isolante à faibles pertes diélectriques. Ce moule comporte des réserves permettant d'obtenir directement les moyens de fixation du détecteur, à savoir le filetage (2) et la tête de serrage (3). Enfin, si nécessaire, la pièce ainsi réalisée reçoit une laque comprenant une charge ferromagnétique pulvérulente, telle une poudre de ferrite, le dépôt de cette laque ne devant en aucun cas. perturber le champ de fuite utile de l'élément selfique sensible. En opérant ainsi, on obtient une construction monolithique du détecteur de proximité ce qui permet encore de réduire les coûts de production d'un tel composant. le détecteur de proximité de l'invention trouve des applications dans les capteurs de détection des corps conducteurs, les transducteurs de position et de vitesse de rotation et les détecteurs de niveau des liquides. REVENDICB'PIONS 1. Détecteur de proximité du type autooscillateur sensible à la présence d'un corps conducteur, comprenant une plaquette diélectrique sur laquelle sont disposés et interconnectés des composants électroniques et l'élément selfique sensible de l'autooscillateur, caractérisé en ce que cet élément sensible est une bobine à air, à coefficient de surtension supérieur à 70, immobilisée mécaniquement dans une résine isolante. 2. Détecteur de proximité selon la revendication I caractérisé en ce que la plaquette diélectrique équipée est moulée dans une résine isolante à l'aide d'un moule de fabrication comportant des réserves de moulage destinées à fournir des moyens mécaniques de fixation de ce détecteur de proximité. 3. Détecteur de proximité selon la revendication 2 caractérisé en ce que la surface extérieure de moulage reçoit une laque chargée d'une poudre ferromagnétique telle qu'une poudre de ferrite. 4. Détecteur de proximité selon la revendication 1 caractérisé en ce que la plaquette diélectrique équipée est placée à l'intérieur d'un étui-support isolant muni de moyens mécaniques de fixation et en ce que une résine isolante est injectée dans cet étui-support. 5. Détecteur de proximité selon la revendication 4 caractérisé en ce que la résine isolante est chargée d'une poudre ferromagnétique telle qu'une poudre de ferrite. 6. Détecteur de proximité selon la revendication 4 caractérisé en ce que, au moins, l'une des parois de l'étui-support est recouverue d'une laque chargée par une poudre ferromagnétique, telle qu'une poudre de ferrite. 7. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé en ce que la bobine à air est réalisée avec un fil conducteur multibrin.