Brevet FR2522830A1 — publié le 19830909

Procédé et dispositif de détection d'une cible magnétique dans une zone de proximité définie. L'invention concerne un procédé et un dispositif de détection d'une cible magnétique dans une zone de proximité définie. Le problème à résoudre est celui de la détection d'une S ciblé ou pièce magnétique qui se déplace en se rapprochant et qui termine son mouvement d'approche au voisinage d'un capteur de proximité, dans une zone de proximité définie entre une limite extérieure précise et une limite intérieure non définie avec précision Le cas se présente pour le con- trÈle de la fermeture correcte de portes par exemple, ou du positionnement de pièces en fin de course sans contact. Dans chaque cas, la pièce ou cible magnétique qui se rapproche du capteur doit pénétrer dans une zone de proxi- mité en franchissant une limite précise située au voisinage du capteur. Lorsque la cible est dans cette zone, sa position est considérée comme correcte au regard des impératifs de sécur'ité Sa position exacte peut donc varier légèrement entre la limite extérieure précise de la zone de détection et la limite intérieure non définie avec précision qui peut être le capteur lui-même par exemple Ce qui importe donc essentiellement est de détecter le franchissement de la limite extérieure de la zone de détection au cours d'un mouvement de rapprochement, puisqu'à partir de ce franchis- sement, la position de la cible est satisfaisante du point de vue de la sécurité. Le problème est donc différent de celui de la détec- tion d'une position précise, ou de celui de la détection du simple passage d'une cible dans une position déterminée au cours d'un mouvement continu. On a essayé de résoudre ce problème au moyen d'un pont de mesure dont une des branches n'est équilibrée que lorsque la cible est dans une position prédéterminée On se heurte alors à deux difficultés La première est que le pont doit être équilibré en amplitude et en phase, ce qui multiplie les réglages; la seconde est qu'on ne répond pas complète- ment au problème posé car la position de la cible doit être appréciée entre deux limites et non pas à un emplacement précis. L'invention a pour but d'apporter une solution simple et sûre à la détection d'une cible magnétique dans une zone de proximité en deçà d'une limite précise. L'invention a pour objet un procédé de détection d'une cible magnétique dans une zone de proximité définie, au moyen d'un capteur inductif, caractérisé en ce que le capteur comporte un circuit résonnant série alimenté en basse fré- quence par un signal sinusoïdal de tension d'amplitude cons- tante à partir d'un oscillateur de fréquence stable, et en 1 S ce que l'on mesure le signe du déphasage entre le courant et la tension dans le circuit résonnant série, pour détecter, lorsque ce signe change, le franchissement par la cible de la limite extérieure de la zone de proximité. L'invention a également pour objet un dispositif de détection d'une cible magnétique dans une zone de proximité définie, au moyen d'un capteur inductif, caractérisé en ce qu'il comporte: un circuit résonnant série logé dans le capteur; et une carte électronique comportant un oscillateur délivrant un signal de tension d'amplitude constante et de fréquence basse et stable, un circuit de pilotage de ligne alimentant le capteur, deux circuits de détection du passage par zéro de la tension et du courant respectivement, et un circuit comparateur de phase dont la sortie change d'état lorsque le déphasage entre la tension et le courant change de signe, ce qui correspond au franchissement par la cible de la limite extérieure de la zone de proximité. Selon d'autres caractéristiques de l'invention entre la carte électronique et le capteur est prévue une ligne non blindée, dont la longueur est de plusieurs dizaines de mètres, la carte électronique porte en sortie du circuit compa- rateur de phase, un filtre et un circuit de sortie, un circuit de traitement logique reçoit les signaux de sortie des deux circuits de détection du passage par zéro de la tension et du courant, et contrôle le circuit de sor- tie de façon à imposer un état de sortie en cas d'anomalie S de l'un des deux signaux. D'autres caractéristiques ressortent de la descrip- tion qui suit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir: Figure 1, un schéma symbolique simplifié d'un dispo- sitif de détection de la proximité d'une cible magnétique selon l'invention; Figure 2, un schéma simplifié d'un exemple de réalisa- tion particulier du dispositif de détection de la figure 1. En se reportant au dessin, on peut voir que le dispo- sitif de détection se compose essentiellement d'un capteur de proximité 3 inductif, sans électronique incorporée, et d'une carte électronique associée 11, située à distance du capteur 3 et reliée au capteur par une ligne 12 dont la longueur peut varier dans des limites très larges, entre 1 et 100 m par exemple. Le capteur 3 comprend essentiellement un circuit résonnant série constitué d'une capacité C et d'une induc- tance L à armature magnétique 13 R symbolise la résistance propre de la bobine d'inductance L La cible 7 se présente à une certaine distance de l'armature 13, avant de pénétrer dans la zone de proximité qui est comprise entre la limite extérieure 14 et une limite intérieure non matérialisée sur le dessin et non définie avec précision, mais qui peut être une butée ou le capteur lui-même. Sur la carte électronique 11, on trouve essentielle- ment un oscillateur 1,, un circuit de pilotage de ligne 2, deux circuits de détection du passage par zéro de la tension et du courant respectivement 4 et 5, et un circuit comparateur de phase 6 On peut prévoir en outre un filtre 8, un circuit de sortie 9, et un circuit de traitement logique 10, par exemple. Le dispositif de détection fonctionne par détection du changement de signe du déphasage entre le courant et la tension aux bornes d'un circuit oscillant série, accordé pour la valeur de l'inductance qui correspond à la cible 7 dans la position de détection, c'est-à-dire dans la position définie par la limite extérieure 14 de la zone de proximité. Lorsque la cible 7 est au-delà de la limite 14 (cas de la figure), le déphasage courant-tension est dans un sens; lorsque la cible 7 est en deçà de cette limite 14, le dépha- sage est dans l'autre sens Le déphasage change de signe lorsque la cible 7 est exactement à la limite 14 de la zone de proximité. Dans le cadre du problème résolu par l'invention, la sécurité est assurée lorsque la cible 7 se trouve en deçà de la limite 14, quelle que soit sa position exacte dans la zone de proximité. Le fonctionnement du dispositif s'analyse de la façon suivante en faisant référence au dessin L'oscillateur 1 envoie des oscillations de tension sinusoïdales de fré- quence très stable vers le capteur 3 par l'intermédiaire du circuit de pilotage de ligne 2 L'oscillateur 1 est du type à quartz et la fréquence stable des oscillations est dans la gamme des basses fréquences, par exemple de l'ordre de 1 k Hz La limite supérieure de cette basse fréquene est de l'ordre de 10 k Hz Ces oscillations correspondent à une tension sinusoïdale stable en fréquence et constante en am- plitude. Le circuit de pilotage de ligne alimente le capteur en courant dont le déphasage par rapport à la tension est fonction de la valeur de l'inductance L, c'est-à-dire de la position de la cible 7 Le signe de ce déphasage est déterminé par un circuit 6 comparateur de phase, à partir des signaux fournis par les deux circuits 4 et 5 qui détec- tent respectivement le passage par zéro dans le sens montant, de la tension et du courant, Le circuit 6 délivre en sortie un signal logique correspondant au signe du déphasage Ce signal logique passe par un filtre 8 pour diminuer l'in- fluence des parasites, et il est appliqué au circuit de sortie 9 qui délivre à sa borne de sortie un signal utili- sable pour une signalisation par voyant lumineux par exemple. Le circuit de traitement logique 10 met la sortie du circuit 9 dans l'état correspondant à une position de la ci- ble éloignée du capteur, si une anomalie apparaît dans les circuits électroniques A cet effet, on utilise les signaux rectangulaires de sortie des circuits 4 et 5 de détection du passage par zéro de la tension et du courant, de façon à détecter la disparition de l'un de ces deux signaux. Ces signaux peuvent être dérivés pour constituer des signaux en dent de scie On utilise alors chacun de ces signaux en dent de scie pour charger une bascule monos- table dont le temps de rebasculement est supérieur à la période des signaux rectangulaires De cette façon, à chaque période d'un signal rectangulaire, on recharge la bascule monostable correspondante qui ne rebascule pas, son niveau de sortie restant haut Si l'un des signaux disparaît, la bascule monostable rebascule et son niveau de sortie devient bas Les sorties des deux bascules monostables sont par exemple appliquées à une porte ET dont la sortie change d'état lorsque l'une des bascules au moins rebascule. Ce changement d'état impose au circuit de sortie 9 l'indica- tion d'une signalisation d'anomalie. La figure 2 représente un mode de réalisation parti- culier des circuits essentiels du dispositif, les mêmes références désignant les mêmes éléments. Le circuit de pilotage de ligne 2 se compose essen- tiellement d'un amplificateur différentiel 16 dont l'entrée positive est alimentée par l'oscillateur 1 et dont l'entrée négative est alimentée par le signal de sortie de l'ampli- ficateur différentiel 16 par l'intermédiaire d'une résis- tance 17 de contre-réaction Le capteur 3 est alimenté lui aussi par l'intermédiaire de la résistance 17 Le circuit S de détection du passage par zéro du courant est essentiel- lement un amplificateur différentiel 18 recevant sur une entrée le signal de sortie de l'amplificateur 16 et sur son autre entrée le signal d'alimentation du capteur 3 Le circuit 4 de détection du passage par zéro de la tension est un amplificateur différentiel 19 recevant sur une entrée le signal de l'oscillateur 1 et sur son autre entrée une tension de référence 20 constituée par exemple par la valeur moyenne du signal sinusoïdal de tension, c'est-à- dire le zéro alternatif Le circuit comparateur de phase 6 peut être par exemple une bascule de type D, recevant sur cette entrée le signal provenant de l'amplificateur 18 et sur son entrée de validation de lecture le signal de sortie de l'amplificateur 19 Les signaux de sortie des deux amplificateurs différentiels 18 et 19 sont appliqués à deux bascules monostables 23 et 24 respectivement dont les sorties sont appliquées à une porte ET 26 qui contrôle l'étage de sortie 9. L'un des avantages du dispositif selon l'invention est qu'il mesure le signe du déphasage entre le courant et la tension au niveau du capteur 3, lorsque la cible 7 se déplace Or le changement de signe de ce déphasage se produit très rapidement et avec une grande précision lors- que la cible 7 franchit la limite 14 de la zone de proxi- mité Comme on utilise un circuit résonnant série LC dans le capteur 3, le signe du déphasage est indépendant de la valeur de la résistance R de la bobine d'induction. Comme sa valeur n'influence pas le signe du déphasage entre le courant et la tension, le dispositif est insensible à tous les paramètres qui peuvent modifier la valeur de la résistance et notamment la température, la longueur de la ligne ou la variation des pertes On peut ainsi, sans compen- sation de température, avoir un fonctionnement satisfaisant entre 500 et + 1250 C par exemple. En ce, qui concerne le capteur, il faut utiliser une capacité de bonne qualité, à céramique à coefficient de température nul ou à diélectrique de type polysulfone, stable dans la gamme de température précitée Cette capa- cité peut être placée soit dans le capteur soit dans le cir- cuit de la carte électronique Si elle est dans le capteur, son encombrement est gênant, mais on peut régler la distance de détection avec précision par la valeur de la capacité. Dans ce cas, les capteurs d'une part, et les cartes élec- troniques d'autre part, sont parfaitement interchangeables pour la détection à une distance définie Pour changer la distance de détection, on peut changer la capacité, le réglage précis étant plus facile que par changement de l'inductance, Si elle est sur la carte électronique, on peut utiliser une capacité plus grande et moins chère car le problème d'encombrement ne se pose pratiquement plus. Corrélativement, on dispose de plus de place dans le cap- teur pour loger une inductance plus grande, et on peut uti- liser une fréquence plus faible, inférieure à 1 k Hz par exemple En contrepartie, le réglage de la distance de détection est plus difficile. Dans tous les cas, le fait d'utiliser un signal d'exci- tation sinusoïdal réduit fortement les perturbations radio- électriques par les fils de liaison entre capteur 3 et carte électronique 11, la ligne 12 n'étant pas blindée. Enfin, avec un circuit oscillant série, la composante con- tinue dans la ligne et dans l'inductance est nulle. Rl VENDDICAT IONS 1 Procédé de détection d'une cible magnéti que dans une zone de proximité définie, au moyen d'un capteur inductif, caractérisé en ce que le capteur ( 3) comporte un circuit résonnant série (LC) alimenté en basse fréquence par un signal sinusoïdal de tension d'amplitude constante à partir d'un oscillateur ( 1) de fréquence stable, et en ce que l'on mesure le signe du déphasage entre le courant et la tension dans le circuit résonnant série, pour détec- ter, lorsque ce signe change, le franchissement par la cible ( 7) de la limite extérieure ( 14) de la zone de proximité. 2 Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la limite supérieure de la basse fréquence du signal sinusoïdal d'alimentation du circuit résonnant série est de l'ordre de 10 k Hz. 3 Dispositif de détection d'une cible magnétique dans une zone de proximité définie, au moyen d'un capteur inductif, caractérisé en ce qu'il comporte: un circuit résonnant série (LC) logé dans le capteur 3; et une carte électronique ( 11) comportant un oscillateur ( 1) délivrant un signal de tension d'amplitude constante et de fréquence basse et stable, un circuit de pilotage de ligne ( 2) alimentant le capteur ( 3), deux circuits ( 4, 5) de détection du passage par zéro de la tension et du courant respective- ment, et un circuit ( 6) comparateur de phase dont la sortie change d'état lorsque le déphasage entre la tension et le courant change de signe, ce qui correspond au franchisse- ment par la cible ( 7) de la limite extérieure ( 14) de la zone de proximité. 4 Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce qu'entre la carte électronique ( 11) et le capteur ( 3) est prévue une ligne ( 12) non blindée, dont la longueur est de plusieurs dizaines de mètres. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la carte électronique porte en sortie du circuit ( 6) comparateur de phase, un filtre ( 8) et un circuit de sortie ( 9). 6 Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'un circuit de traitement logique ( 10) reçoit les signaux de sortie des deux circuits ( 4, 5) de détection du passage par zéro de la tension et du courant, et contrôle le circuit ( 9) de sortie de façon à imposer un état de sortie en cas d'anomalie de l'un des deux signaux.