Brevet FR2503373A1 — publié le 19821008

DISPOSITIF DE MESURE DE ROTATION L'invention se rapporte aux dispositifs de mesure de rotation. Le dispositif est notamment destiné à la mesure de la rotation d'un rotor de compteur électrique pour déterminer la quantité d'énergie électrique passant dans le compteur. Ce dispositif peut toutefois être utilisé pour élaborer des impulsions à partir de n'importe quel rotor et avoir ainsi de nombreuses autres applications, par exemple dans un compteur kilométrique. Les compteurs électriques à induction sont couramment utilisés pour mesurer la consommation d'énergie électrique. De tels compteurs comprennent un disque qui tourne à une vitesse proportionnelle à la puissance consommée. Pour mesurer la rotation du disque et, par conséquent, la quantité totale d'énergie électrique qui traverse la compteur, on désire souvent élaborer des impulsions à une cadence proportionnelle à la vitesse de rotation du disque. L'appareil qui élabore ces impulsions ne doit pas introduire de résistance mécanique à la rotation du disque car une telle résistance réduirait la précision du compteur. De plus, comme les compteurs du commerce sont robustes, stables et doivent pouvoir fonctionner longtemps sans entretien, il faut que le dispositif qui élabore les impulsions possède aussi ces qualités.Un procédé connu pour engendrer ces impulsions consiste à découper une ou plusieurs fentes dans le disque et à disposer un émetteur et un récepteur optiques de part et d'autre du disque de façon à élaborer des impulsions lorsque les fentes passant entre l'émetteur et le récepteur, permettent à la lumière d'atteindre le détecteur. Un tel dispositif optique d'élaboration d'impulsions peut être réalisé avec une robustesse et une fiabilité suffisantes à condition de choisir un émetteur et un détecteur possédant de telles qualités, ce qui augmente le prix du compteur. L'objet de l'invention est un dispositif d'élaboration d'impulsions robuste et fiable et dont le coût de fabrication est moins élevé que les dispositifs antérieurs. Selon l'invention, un tel dispositif est utilisé en combinaison avec un rotor percé d'une ouverture qui peut être de type classique. I1 comprend une paire de plaques conductrices disposées de part et d'autre du rotor de façon que l'ouverture passe entre les plaques lorsque le rotor tourne. Un générateur de tension applique une tension variable à la première des plaques. Cette tension variable induit, dans la deuxième des plaques, une autre tension variable dont la grandeur varie selon qu'une partie solide ou l'ouverture se trouve entre les plaques. Des moyens de détection sont adaptés à détecter les variations de grandeur de la tension induite dans la deuxième plaque. Le terme "ouverture" utilisé ici n'implique pas qu'il s'agisse d'une découpe entièrement entourée par le rotor. Cette découpe peut avoir la forme d'une fente, d'une encoche, ou autre entaille se prolongeant jusqu'à la périphérie du rotor et le terme utilisé est destiné à couvrir ces différentes variantes. Du fait du manque de place dans les compteurs, il est généralement très difficile de monter les moyens de détection à proximité immédiate de la deuxième plaque et l'on connecte un conducteur d'une certaine longueur entre eux et la deuxième plaque. Un tel conducteur se comporte comme un prolongement de la deuxième plaque et reçoit une tension induite par la tension appliquée à la première plaque. Pour éviter de détecter cette tension induite dans le conducteur, ce qui produirait des signaux parasites, on introduit de préférence un circuit buffer entre la deuxième plaque et les moyens de détection. Ce circuit buffer présente pour la deuxième plaque une impédance sensiblement plus élevée que l'impédance d'entrée des moyens de détection, maximisant ainsi le signal d'entrée des moyens de détection et réduisant les effets de bruit dans les conducteurs reliant la deuxième plaque aux moyens de détection. Un autre problème que l'on peut rencontrer avec le présent dispositif se produit lorsque l'ouverture commence ou termine son passage entre les plaques. Des signaux erratiques peuvent alors être détectés si la partie du rotor située entre les plaques se déplace parallèlement à l'axe du rotor, ce qui se produit si le rotor n'est pas parfaitement plan ou n'est pas monté dans un plan perpendiculaire à son axe. Pour éviter cet inconvénient, le dispositif comprend de préférence une deuxième paire de plaques conductrices disposées de part et d'autre du rotor de façon que l'ouverture passe entre elles. La tension variable est appliquée à la première plaque de cette deuxième paire et sa deuxième plaque est reliée aux moyens de détection.Les deux paires de plaques sont espacées l'une de l'autre autour de l'axe de rotation de façon que l'ouverture passe entre les deux paires de plaques à des instants différents. Les moyens de détection comprennent un circuit bistable (bascule) qui passe d'un premier à un deuxième état lorsque la tension induite change sur la deuxième plaque de la première paire et du deuxième au premier état lorsque la tension induite change sur la deuxième plaque de la deuxième paire. Le circuit bistable produit un signal de sortie pendant au moins un de ces changements d'état.On remarquera que, même si plusieurs changements de tension induite se produisent pendant le passage d'une ouverture entre l'une des paires de plaques, les changements supplémentaires n'auront pas d'effet car, que ce soit sous l'effet d'un ou plusieurs changements, le circuit bistable ne peut basculer que d'un état déterminé à l'autre. Dans ce type d'appareil, un circuit buffer est de préférence connecté entre chacune des deuxièmes plaques et les moyens de détection. Les deux premières plaques auxquelles est appliquée la tension variable, peuvent être constituées par une plaque unique suffisamment grande pour se prolonger en face des deux premières plaques. De façon qu'une grande variation de tension induite se produise lorsque l'ouverture passe entre une paire de plaques, le rotor est connecté à la masse de façon à court-circuiter à la masse le signal induit lorsqu'aucune ouverture ne se trouve entre la paire de plaques. Dans certaines applications, cette mise à la masse du rotor ne présente pas de difficulté. Par contre, dans un compteur électrique, le rotor doit être isolé de son arbre de sorte qu'il ne peut être mis à la masse directement.Dans ce cas, la fréquence de la tension variable appliquée à la première plaque doit être élevée de façon que la capacitance entre le rotor et les organes environnants soit suffisamment importante pour que le rotor semble à la masse. Dans les compteurs commerciaux, la tension alternative utilisée doit avoir une fréquence d'au moins 10.000 et de préférence d'environ 50.000 Hz. Des modes de réalisation de l'invention vont maintenant être décrits à titre d'examples non limitatifs en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un premier mode de réalisation de l'invention avec une seule paire de plaques - la figure 2 est un deuxième mode de réalisation de l'invention avec deux paires de plaques ; et - la figure 3 représente les circuits électriques du dispositif de la figure 2. En référence à la figure 1, un disque conducteur 10 est monté tournant autour d'un arbre 12. Le disque 10 est isolé de l'arbre 12 par une partie isolante 14 entourant cet arbre. Le disque et l'arbre font partie d'un compteur dont le reste n'est pas représenté par souci de simplicité. Le disque 10 a une ouverture 16 en forme de secteur de couronne circulaire. Une paire de plaques disposées de chaque côté du disque 10 comprend une première plaque 18 ou plaque supérieure et une deuxième plaque 20 ou plaque inférieure. Ces plaques dont chacune a la même forme et les mêmes dimensions que l'ouverture 18 sont disposées de façon que l'ouverture 18 passe entre elles lorsque le disque tourne. La distance entre les plaques 18 et 20 et le disque 10 a été exagérée pour rendre la figure plus claire. Une source 22 de tension alternative est connectée entre la plaque supérieure 18 et la terre pour appliquer une tension variable à la plaque 18. La plaque inférieure 20 est connectée par l'intermédiaire d'un circuit buffer 24 à un circuit de détection 26. Les circuits buffer 24 et de détection 26 peuvent être de type classique ou tels que décrits par la suite en référence à la figure 3. La tension alternative appliquée à la plaque supérieure 18 induit une tension alternative dans la plaque inférieure 20. A la fréquence élevée que l'on utilise (environ 50.000 Hz), la capacitance entre le disque 10 et les éléments environnants du compteur est suffisamment grande pour que le disque paraisse à la masse. Par conséquent, lorsque le matériau conducteur du disque se trouve entre les plaques 18 et 20, la tension alternative induite dans la plaque inférieure 20 est faible. Toutefois, lorsque l'ouverture 16 passe entre les plaques 18 et 20, la tension induite dans la plaque inférieure 20 augmente sensiblement et l'impulsion ainsi produite est transmise au circuit de détection 26. Le circuit de détection produit alors une impulsion de sortie qui est enregistrée par le compteur.Le circuit buffer 24 présente pour la deuxième plaque une impédance sensiblement plus élevée que l'impédance d'entrée du circuit de détection 26 réduisant ainsi les effets de "bruit" induits dans le connecteur qui relie la deuxième plaque 20 au circuit de détection 26. Bien que le mode de réalisation qui vient d'être décrit soit capable de mesurer avec précision la rotation du disque 20, des difficultés se produisent si le disque n'est pas tout-à-fait plat ou s'il n'est pas monté perpendiculairement à son axe de rotation. Dans ces deux cas, la partie du disque située entre les plaques 28 et 20 se déplace parallèlement à 11 axe du disque et ce mouvement axial peut produire des impulsions parasites à la sortie du circuit de détection 26. Pour remédier à cet inconvénient, on peut utiliser le mode de réalisation des figures 2 et 3. En référence à la figure 2, ce deuxième mode de réalisation comprend un disque conducteur 10 monté tournant autour d'un arbre 12 dont il est isolé par une partie isolante 14. Une ouverture 16 ayant la forme d'un secteur de couronne traverse le disque 10. Une première plaque ou plaque supérieure 18 disposée au-dessus du disque 10 est connectée à une source 22 de tension alternative. Une deuxième plaque ou plaque inférieure 20, disposée sous le disque 10 au voisinage de la plaque supérieure 18, est connectée par l'intermédiaire d'un circuit buffer 24 à un circuit de détection 26. Les plaques 18 et 20, de mêmes dimensions et forme que l'ouverture 16, sont disposées de façon que l'ouverture 16 passe entre elles lorsque le disque 10 tourne. Les éléments qui viennent d'être décrits sont identiques à ceux du premier mode de réalisation représenté sur la figure 1. Le deuxième mode de réalisation comprend, en plus, une deuxième paire de plaques incluant une première plaque ou plaque supérieure 28 et une deuxième plaque ou plaque inférieure 30. Les plaques 28 et 30, de forme et de dimensions identiques aux plaques 28 et 20, sont décalées de 1800 par rapport à ces dernières, autour de l'arbre 12. La plaque supérieure 28 est connectée à la source de tension 22 et la plaque inférieure 30 est connectée par l'intermédiaire d'un circuit buffer 34 à un circuit de détection 36. Les sorties des circuits de détection 26 et 36 sont respectivement connectées à la première et à la deuxième entrée d'une bascule 38. Les circuits de détection 26 et 36 et la bascule 38 constituent les moyens de détection. La bascule 38 est agencée de façon qu'une impulsion de sortie provenant du circuit de détection 26 la fasse passer d'un premier à un deuxième état stable et qu'une impulsion de sortie provenant du circuit de détection 36 la fasse passer du deuxième au premier état stable. La bascule 38 fournit une impulsion lorsqu'elle passe de son premier à son deuxième état stable. Le dispositif de la figure 2 enregistre avec précision le nombre de tours du disque 10 même si des impulsions parasites sont engendrées lorsque l'ouverture passe entre les deux paires de plaques. Même si de nombreuses impulsions sont élaborées pendant le passage de l'ouverture 16 entre les plaques 18 et 20, donnant ainsi plusieurs impulsions à la sortie du circuit de détection 26, ces impulsions de sortie n'ont pour effet, sur la bascule 38, que de la faire changer de son premier à son deuxième état stable. De même, si plusieurs impulsions proviennent du circuit de détection 36 lorsque l'ouverture 16 passe entre la deuxième paire de plaques 28 et 30, la bascule 38 ne change qu'une fois de son deuxième à son premier état stable.La bascule 38 ne fournit qu'une impulsion par tour du disque 10, quel que soit le nombre d'impulsions engendré lors du passage de l'ouverture 16 entre les deux paires de plaques. La figure 3 représente les circuits utilisés pour constituer la source de tension, les circuits buffer, les circuits de détection et la bascule de la figure 2. La source de tension 22 comprend un générateur de signaux carrés incluant une porte NOR U1 dont une entrée est reliée à la masse. La sortie de la porte U1 est connectée à une entrée d'une deuxième porte NOR U2 et à une borne d'une résistance R2. L'autre entrée de la porte NOR U2 est reliée à la masse et sa sortie est connectée par un condensateur C1 et une résistance R1 à l'entrée de la porte U1 qui n'est pas à la masse. La borne opposée de la résistance R2 est reliée au point commun du condensateur C1 et de la résistance R1. Le signal de sortie carré de la porte U2 est appliqué aux plaques supérieures 18 et 28. La plaque inférieure 20 est connectée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R3 et à la grille d'un transistor Q1 à effet de champ de type N. La source de Q1 est connectée à la masse par une résistance R4 et à un côté d'un condensateur C2. Le transistor à effet de champ Q1 et les résistances R3 et R4 forment le circuit buffer 24. L'autre côté du condensateur C2 est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance R5 et à l'entrée positive d'un comparateur U3. L'entrée négative du comparateur U3 est reliée au point milieu d'un diviseur de tension comprenant des résistances R6 et R7. La sortie du comparateur U3 est connectée à l'alimentation positive par une résistance R8 et, par une diode D1, à un circuit RC formé par un condensateur C3 et une résistance R9. La sortie du circuit RC est appliquée à l'entrée positive d'un comparateur U4. L'entrée négative du comparateur U4 est connectée au moint milieu d'un diviseur de tension comprenant des résistances R10 et Roll. La sortie du comparateur U4, connectée par l'intermédiaire d'une résistance R12 à l'alimentation positive, est aussi connectée à une entrée d'une porte NOR U5. Les circuits allant de la résistance R5 à la résistance R12 forment le circuit de détection 26. Le circuit buffer 34 et le circuit de détection 36 sont identiques aux circuits 24 et 26 précédemment décrits, les composants correspondants portant les mêmes appellations avec l'addition d'un signe "prime". La sortie du circuit de détection 36 est appliquée à une entrée d'une porte NOR U5'. Les portes NOR U5 et U5' sont interconnectées pour former une bascule. La sortie de la porte U5' est connectée par l'intermédiaire d'une résistance R13 à la base d'un transistor NPN Q2. Le collecteur du transistor Q2 est relié à une alimentation positive par une résistance R14 et une diode photoémissive D2 et l'émetteur du transistor Q2 est à la masse. Le circuit représenté sur la figure 3 fonctionne comme suit. Le générateur de signaux carrés 22 applique une tension carrée de fréquence élevée aux plaques supérieures 18 et 28. Le signal provenant de la plaque inférieure 20 est appliqué au circuit buffer comprenant Q1, R3 et R4. Lorsque les impulsions de sortie du circuit buffer 24 dépassent la tension de référence fournie par le diviseur de tension R6, R7, le comparateur U3 donne une impulsion sur sa sortie. Cette impulsion est redressée par la diode D1 et filtrée par le circuit RC formé par le condensateur C3 et la résistance R9. L'impulsion redressée et filtrée est appliquée au comparateur U4 qui produit une impulsion d'amplitude convenable pour commander la porte NOR U5.Le signal provenant de l'autre plaque inférieure 30 est traité de la même façon et appliqué à la porte NOR U5'. Les impulsions du circuit de détection 26 appliquées à U5 se comportent comme des impulsions de mise à l'état actif de la bascule 38 tandis que celles appliquées à U5' se comportent comme des impulsions de mise à l'état passif de cette bascule. Le signal de sortie de U5' est une impulsion se produisant une fois par tour du disque. La diode photoémissive D2 donne une représentation visuelle des impulsions. Le dispositif décrit ci-dessus peut être modifié en remplaçant le générateur de signaux carrés 22 par un microprocesseur qui fournit des impulsions aux plaques supérieures 18 et 28. Le même microprocesseur peut ensuite détecter directement les sorties des comparateurs U3 et U3' éliminant ainsi les diodes D1 et D'1 et les circuits suivants. Un tel dispositif commandé par un microprocesseur est décrit dans la demande de brevet français déposée par la demanderesse le même jour que la présente demande et intitulée : "Dispositif de mesure de rotation". Le dispositif qui vient d'être décrit peut évidemment faire l'objet de nombreuses variantes tout en restant dans le cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour mesurer la rotation d'un rotor conducteur traversé par une ouverture, caractérisé en ce qu'il comprend : - une paire de plaques conductrices, incluant une première et une deuxième plaque, disposées de part et d'autre du rotor de façon que l'ouverture passe entre cette paire de plaques lorsque le rotor tourne ; - un générateur de tension pour appliquer une tension variable à la première plaque ; et - des moyens de détection pour détecter la variation de tension induite dans la deuxième plaque lorsque l'ouverture passe entre les plaques. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé - en ce qu'il comprend de plus une deuxième paire de plaques conductrices, incluant une première et une deuxième plaque, disposées de part et d'autre du rotor de façon que l'ouverture passe entre la deuxième paire de plaques lorsque le rotor tourne, la deuxième paire étant angulairement décalée par rapport à la première paire autour de l'axe de rotation du rotor, la première plaque de la deuxième paire étant connectée au générateur de tension, et la deuxième plaque de la deuxième paire étant connectée aux moyens de détection ;; - et en ce que les moyens de détection comprennent un circuit bistable adapté à passer d'un premier à un deuxième état lorsque la tension induite varie dans la deuxième plaque de la première paire, et du deuxième au premier état lorsque la tension induite varie dans la deuxième plaque de la deuxième paire, le circuit bistable produisant un signal de sortie pendant au moins un des changements d'état. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que le circuit bistable comprend une bascule. 4. Dispositif selon la renvedication 2, caractérisé en ce que le générateur de tension applique aux premières plaques une tension alternative dont la fréquence est d'au moins 10 000 Hz. 5. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit buffer connecté entre chacune des deuxièmes plaques et les moyens de détection, ce circuit buffer présentant pour les deuxièmes plaques une impédance sensiblement plus élevée que l'impédance d'entrée des moyens de détection. 6. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit générateur de tension fournit une tension carrée.