Brevet FR2497945A1 — publié le 19820716

TRANSDUCTEUR OPTIQUE DE DEPLACEMENTS La présente invention concerne un transducteur optique de déplacements, pour fournir un signal de sortie représentatif d'un déplacement d'une variable à partir d'une valeur de référence. En particulier, le transduc- teur selon l'invention est agencé pour fournir un signal de sortie numé- rique. Ces transducteurs de déplacementssont utilisés pour détecter le mouve- ment d'un déclencheur de régulation utilisé dans différents systèmes de régulation, et fournissant un signal numérique illustrant la position instantanée du régulateur. Toutefois,ils ne sont pas limités à cette ap- plication et peuvent être utilisés dans différents systèmes o le chan- gement de la valeur d'une variable n'est pas un changement de position, mais peut être représenté comme tel à l'entrée du transducteur. Le transducteur selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend a) une source émettrice d'un faisceau lumineux et un récepteur disposés selon un axe optique commun, b) un élément d'encodage numérique, comprenant un réseau optique disposé entre l'émetteur et le récepteur, ce réseau s'étalant sur un parcours circulaire, les lignes du réseau étant sensiblement radiales par rap- port audit parcours, c) des moyens pour engendrer une rotation relative entre le faisceau lu- mineux et ledit réseau, autour du centre dudit parcours circulaire, le faisceau lumineux vu depuis le récepteur se présentant sous la forme d'une série d'impulsions lumineuses, d) une première position de référence localisée en un point stationnaire du parcours circulaire, e) une seconde position de référence sur ledit parcours circulaire, dé- calée angulairement autour du centre dudit parcours circulaire par rapport à la première position de référence, un comptage des impul- sions lumineuses étant effectué au cours de la rotation relative dé- -2- finie par l'angle délimité par lesdites première et seconde posi- tions de référence, et f) des moyens de contrôle pour ajuster ladite seconde position de réfé- rence relativement à ladite première position de référence, en ré- ponse au déplacement de ladite variable, de manière à modifier le compte des impulsions lumineuses en fonction dudit déplacement. Selon une forme de réalisation préférée du transducteur selon l'inven- tion, l'élément d'encodage est agencé pour être tourné autour du centre dudit parcours circulaire, ladite première position de référence étant définie par un premier émetteur et récepteur de faisceau lumineux, et ladite seconde position de référence étant définie par ledit second é- metteur et récepteur de faisceau lumineux, et ledit élément d'encodage étant codé en une position prédéterminée sur ledit réseau, de telle ma- nière que le comptage des impulsions,dérivant de l'un desdits premier et second émetteur et récepteur de faisceau lumineux, est déclenché lorsque ladite position prédéterminée passe par ladite première position de référence et se termine lorsque ladite position prédéterminée passe par ladite seconde position de référence. Selon une autre caractéristique de l'invention, le dispositif d'encodage numérique est maintenu stationnaire, et lesdits émetteur et récepteur de faisceau lumineux sont entraînés simultanément en rotation autour du centre dudit parcours circulaire. Selon cette réalisation, la première position de référence est codée sur ledit élément, et ladite seconde po- sition de référence est définie par un masque arrêtant la lumière, qui est interposé entre l'émetteur et le récepteur pendant une partie de leur mouvement rotatif. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'un exemple de réalisation préféré et du dessin annexé, dans lequel: La figure 1 représente une vue schématique d'un premier transducteur op- tique de déplacements selon l'invention, 37 La figure 2 représente une vue schématique d'un second transducteur op- _3 - tique de déplacements selon l'invention, et La figure 3 représente une vue partielle du réseau utilisé dans les transducteurs des fig. 1 et 2. En référence à la fig. 1, le transducteur décrit comporte un bottier 1. Un disque d'encodage numérique 2 est monté sur un arbre 3 d'un moteur électrique 4, pour pouvoir être entraîné en rotation par ce moteur lors- qu'il est activé, le moteur 4 étant fixé à une des parois d'extrémité du bottier 1. Le disque 2 comporte un réseau optique, qui se présente sous la forme d'une bande périphérique, les lignes du réseau étant disposées radialement. Le réseau représenté par la fig. 3 comporte alternativement des lignes de transmission et des lignes d'arrêt de la lumière, de telle manière que si l'on observe un faisceau lumineux à travers le disque en- traîné en zotation, on observera de l'autre côté de ce disque une série d'impulsions lumineuses. A l'exception d'une position de référence sur le réseau, les autres lignes du réseau sont espacées régulièrement. De cette manière, la lumière à la sortie correspond à un code binaire, une impulsion lumineuse représentant par exemple le code "1" et l'absence de lumière représentant le code "0". Pour la position de référence du réseau, un code spécial est prévu sur les lignes de ce réseau, comme montré à gauche de la fig. 3. Ainsi, lorsque le moteur est entraîné en continu, la lumière pulsée fournit à la sortie à la fois une valeur de série et une valeur absolue, l'encodage spécial constituant une réfé- rence de départ pour chaque cycle. Une première unité optique 5 est montée en un point fixe à l'intérieur du bottier 1, de manière à définir une première position de référence sur le parcours circulaire suivi par le réseau au cours de la rotation du disque. Cette unité optique comprend un émetteur de faisceau lumineux 7 et un récepteur 8 disposé de l'autre côté du réseau. Une unité optique similaire 6, comportant un émetteur 7 et un récepteur 8, définit une se- conde position de référence sur le parcours circulaire suivi par le ré- seau. La seconde unité optique est montée sur un arbre rotatif 9 coaxial à l'arbre du moteur 3. L'arbre de rotation 9 effectue l'ajustage de 1' espacement angulaire de l'unité optique 6 autour du centre du disque 37 2 par rapport à l'unité optique 5. L'arbre 9 constitue l'arbre d'entrée - 4 - du transducteur, et en pratique le transducteur est par exemple connecté à un déclencheur mécanique, dont le déplacement en position est suivi de telle manière que la rotation de l'arbre correspond aux déplacements du déclencheur. L'émetteur de faisceau lumineux 7 et le récepteur 8 des deux unités op- tiques 5 et 6 comportent un système de lentilles disposées selon un axe op- tique commun. A la place de l'utilisation de systèmes de lentilles, on peut prévoir des extrémités de fibres optiques disposées de façon adja- cente au disque 2, pour constituer respectivement les émetteurs et récep- teurs. Chaque émetteur 7 est connecté par l'intermédiaire d'une fibre optique 10 à une source de lumière, par exemple une diode émettrice de lumière, et chaque récepteur 8 est connecté à un détecteur qui consti- tue une interface optique/électrique. La source de lumière et le détecteur peuvent être éloignés du transduc- teur proprement dit, et peuvent être placés dans un boltier qui les pro- tège contre les champs électromagnétiques. Un tel dispositif élimine la possibilité de falsifier le signal de sortie du transducteur par l'ap- plication de champs intenses. L'interface est adaptée pour reconnaître le code spécial du réseau sur le disque 2. Les fibres optiques 10 et 11, associées à l'unité optique 6, sont bobinées autour de l'axe 9, pour fa- ciliter la rotation de l'unité optique 6 entraînée par l'axe 9. Au cours de l'utilisation du transducteur à déplacements, le disque 2 est entraîné en rotation continue par le moteur 4 selon une direction, et les unités optiques 5 et 6 balayent continuellement le réseau. Lors- que le code spécial du réseau passe devant l'unité optique 5, il est re- connu par le détecteur associé, ce qui déclenche un signal de démarrage du comptage. Les impulsions lumineuses reçues par le récepteur 8 de cha- cune des unités optiques 5 et 6 sont comptées jusqu'à ce que le code spécial du réseau passe devant l'unité optique 6 et soit reconnu par le détecteur associé, qui engendre un signal de fin de comptage. Par consé- quent, pour chaque révolution du disque 2, un compte numérique de l'es- pace angulaire, séparant les unités optiques 5 et 6, est fourni. Comme mentionné précédemment, cet espace angulaire varie selon la rotation de 37 l'arbre 9 en réponse aux déplacements du déclencheur, pour fournir un - 5 - compte numérique différent en fonction du déplacement du déclencheur. En référence à la fig. 2, le transducteur à déplacements représenté com- porte un boltier cylindrique 21. Contrairement au transducteur de la fig. 1, un réseau optique est disposé sur un organe annulaire 22 qui est monté rigidement au boîtier 21, et une unité optique unique 23, com- prenant un émetteur de faisceau lumineux 24 et un récepteur de faisceau lumineux 25, est montée de façon à pouvoir être entraînée en rotation autour du parcours circulaire du réseau destiné à être balayé. Le réseau de l'organe annulaire 22 a la même forme que le réseau décrit en référence à la fig. 1, comportant un code spécial qui, dans ce cas, fournit une position de référence correspondant au démarrage du comptage. L'unité optique 23 constitue une partie de l'ensemble 26, qui est monté sur des paliers 27. l'ensemble 26 comporte un rotor à aimant permanent 28 d'un moteur électrique, dont le bobinage est indiqué par la référen- ce 29. Alternativement, on peut utiliser un autre type de moteur élec- trique. L'émetteur 24 et le récepteur 25 comportent, comme dans le transducteur représenté par la fig. 1, un système de lentilles, l'émetteur 24 et le récepteur 25 étant connectés au moyen de fibres optiques 30 et 31, res- pectivement à une source et à un détecteur. Les fibres optiques 30 et 31 sont entraînées en rotation par l'ensemble 26 et sont raccordées à des fibres optiques stationnaires 32 et 33, raccordées respectivement à la source de lumière et au détecteur au moyen de joints rotatifs 41 et de connecteurs 34 disposés sur l'axe de rotation de l'ensemble 26. Le transducteur a un arbre de sortie 35, qui correspond en fait à l'arbre 9 de la fig. 1. Toutefois, dans ce cas, l'arbre a juste la posi- tion d'un masque opaque 36, disposé sur le parcours circulaire du ré- seau, de telle manière que sur une partie de ce parcours, la lumière ne peut pas atteindre le récepteur 25. Le masque 36 forme une partie d'un organe 37 entourant l'ensemble 26 et comportant, à une extrémité, une protubérance 38 qui supporte l'élément 37 rotatif sur le palier 42. Cette protubérance présente une denture annulaire ménagée à sa surface 37 extérieure, qui engrène une roue dentée 39 montée sur l'arbre d'entrée -6- , de telle manière que la rotation de l'arbre 35 entraîne une rota- tion correspondante du masque 36. Pour l'utilisation du transducteur de la fig. 2, l'ensemble 26, et par conséquent l'unité optique 23, est entraîné en rotation continue dans une direction par le moteur électrique, de manière à balayer le réseau. Lorsque l'unité optique 23 passe devant le code spécial, un signal de démarrage du comptage est engendré. Lorsque l'unité optique rencontre le masque 36, un signal de fin de comptage est engendré. Entre ces deux signaux, on décompte le nombre d'impulsions optiques reçues par le dé- tecteur au moyen du récepteur 25. Par conséquent, le principe de fonc- tionnement du transducteur de la fig. 21 est identique à celui du trans- ducteur de la fig. 1, étant donné que le comptage numérique dépend de la distance angulaire entre les deux positions de référence du parcours circulaire du réseau, l'une des positions de référence étant ajustable au moyen de l'axe d'entrée 35. L'un des avantages des transducteurs à déplacements décrits ci-dessus provient du fait que l'électronique de conversion ne nécessite pas une horloge synchrone, étant donné que les signaux transmis comportent à la fois un code "départ de comptage" et "fin de comptage". Une certaine va- riation de la vitesse de réception des impulsions lumineuses, correspon- dant à une variation de la vitesse du moteur, peut être tolérées En ou- tre, le moment angulaire de l'ensemble rotatif, à l'intérieur du trans- ducteur, permet une continuité de la rotation de cet ensemble, même si l'alimentation du moteur est brièvement interrompue. Du fait que le transducteur tolère de grandes variations de la vitesse de balayage, de faibles interruptions ne modifient pas fortement les performances de l'appareil. L'utilisation d'un dispositif de balayage entraîné par un moteur permet, par des moyens simples, de convertir un dispositif d'en- codage discontinu en un encodeur absolu ayant une sortie série. En ou- tre, l'utilisation de conducteurs optiques tels que des fibres optiques, permet d'obtenir un signal non perturbé par des interférences électroma- gnétiques et non influencé par des variations de la transmission de la lumière. 37 Avec le transducteur à déplacements en référence à la fig. 1, il est 7 - possible de: 1. augmenter la résolution du transducteur au-delà de celle correspon- dant à la dimension de l'unité d'information de l'encodeur, et 2. fournir une indication instantanée de la position lorsque cette po- sition change, par une mesure relative de phase de deux trains d'impulsions émanant de deux récepteurs, au moyen de l'électronique de traitement. Revendications 1. Transducteur optique de déplacements, pour fournir un signal de sortie représentatif d'un déplacement d'une variable à partir d'une valeur de référence, caractérisé en ce qu'il comprend a) une source émettrice (7) d'un faisceau lumineux et un récepteur (8) disposés selon un axe optique commun, b) un élément d'encodage numérique, comprenant un réseau optique (2) disposé entre l'émetteur et le récepteur, ce réseau s'étalant sur un parcours circulaire, les lignes du réseau étant sensiblement radiales par rapport audit parcours, c) des moyens (4) pour engendrer une rotation relative entre le faisceau lumineux et ledit réseau, autour du centre dudit parcours circulaire, le faisceau lumineux vu depuis le récepteur se présentant sous la forme d'une série d'impulsions lumineuses, d) une première position de référence localisée en un point stationnaire du parcours circulaire, e) une seconde position de référence sur ledit parcours circulaire, dé- calée angulairement autour du centre dudit parcours circulaire par rapport à la première position de référence, un comptage des impul- sions lumineuses étant effectué au cours de la rotation relative dé- finie par l'angle délimité par lesdites première et seconde position de référence, et f) des moyens de contrôle pour ajuster ladite seconde position de réfé- rence relativement à ladite première position de référence, en ré- ponse au déplacement de ladite variable, de manière à modifier le compte des impulsions lumineuses en fonction dudit déplacement. 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé- ment d'encodage (2) est agencé pour être entraîné en rotation autour du centre dudit parcours circulaire, ladite première position de référence 9- étant définie par un premier émetteur et récepteur (5) de faisceau lumi- neux, et ladite seconde position de référence étant définie par ledit second émetteur et récepteur (6), et ledit élément d'encodage étant co- dé en une position prédéterminée sur ledit réseau, de telle manière que le comptage des impulsions, dérivant de l'un desdits premier et second émetteur et récepteur de faisceaux lumineux, est déclenché lorsque ladite position prédéterminée passe par ladite première position de ré- férence et se termine lorsque ladite position prédéterminée passe par ladite seconde position de référence. 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'enco- dage de ladite position prédéterminée sur ledit réseau comporte une va- riation de la caractéristique d'au moins une ligne du réseau comparée aux autres lignes du réseau. 4. Transducteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que la va- riation de la caractéristique comporte une augmentation de la largeur d'au moins une ligne du réseau, et une augmentation de la distance sé- parant cette ligne du réseau d'une ligne adjacente. 5. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élé- ment d'encodage (22) est agencé pour être maintenu stationnaire, et en ue que l'émetteur (24) et le récepteur (25) de faisceau. lumineux sont entraînés simultanément en rotation autour d'un axe passant par le cen- tre dudit trajet circulaire, ladite première position de référence étant sur ledit élément et ladite seconde position de référence étant définie par un masque opaque (36), qui est disposé entre ledit émetteur et ledit récepteur sur une partie de leur trajectoire circulaire. 6. Transducteur selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite première position de référence est définie par une variation de la ca- ractéristique d'au moins une ligne du réseau, comparée aux autres lignes du réseau. 7. Transducteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que la va-; riation de la caractéristique de cette ligne du réseau comprend une aug- 37 mentation de la largeur de cette ligne et une augmentation de la dis- - lu - tance qui la sépare d'une ligne adjacente du réseau. 8. Transducteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le ou lesdits émetteurs et récepteurs de faisceaux lumineux sont connectés respectivement à une source de lumière et à un détecteur de lumière par l'intermédiaire de fibres optiques. 9. Transducteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que les ex- trémités desdites fibres optiques, éloignées desdites sources et détec- teurs, constituent respectivement lesdits émetteurs et récepteurs. 10. Transducteur selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il com- porte des systèmes de lentilles connectées aux extrémités desdites fi- bres optiques éloignées desdites sources et détecteurs, ces systèmes de lentilles constituant respectivement lesdits émetteurs et récepteurs. Boland NmR wAIDT Bevets d'invenon, Mkqus. ModUi 12, rue du 17 Novembr/ F MU681LUHOUSE ?(7 7&11&1_