Brevet FR2569917A1 — publié le 19860307

L'objet de la présente invention est un dispositif électronique sensible à de faibles variations de capacités -jusqu'au picofarad par exemple- et ses applications à des commandes fiables et économiques d'appareils très divers, ainsi que son utilisation en capacimbtre. Parmi les appareils susceptibles d'utiliser avec avantage ces dispositifs figurent les instruments de musi- que électroniques à clavier. Dans le passé diverses inventions ont cherché à utiliser un phénomène ca- pacitif pour obtenir des signaux de commande. Il s'agit souvent de montages autour d'un amplificateur opérationnel fonctionnant en mode différentiel dont les deux entrées sont excitées par une m8me fonction logique en g8né- ral carrée l'une des entrées étant influencée par la capacité de commande. Dans d'autres cas une porte logique à deux entrées est utilisée au lieu d'un amplificateur opérationnel, Ces diverses inventions comportent soit une sortie active en l'absence de commande, d'où nécessité de circuits supplé- mentaires de conversion, soit des résultats par tout ou rien limitant le champ d'utilisation. La présente invention utilise aussi des portes logiques à deux entrées dont l'une est influencée par une capacité de commande, mais elle tire parti des caractèristiques fines des portes de certaines technologies existantes (par exemple de la technologie CMOS), sous des formes nouvelles. Dans la présente invention, on peut utiliser les divers types de portes logiques à deux entrées, avec des résultats qui diffèrent d'un type à l'au- tre, mais dans tous les ca; la sortie de la porte est bloquée sur un état logique 0 ou 1 en l'absence de commande, et en cas de commande se concrétisant par une variation de capacité affectant le dispositif, la porte émet des lipulsions, dont la largeur croit en général avec l'importance de la variation de capacité. L'exposé de l'invention de base, de sa mise en oeuvre, et de ses utili- sations principales, s'appuiera sur les figures énumérées ci-après: Fig.1 Schéma de base du dispositif de détection. Fig.2 Schéma de base dans le cas particulier de porte OU EXCLUSIF. Fig.3 Diagramme d'état de porte OU NON, hypothèse s Fig.4 Diagramme d'état de porte OU NOR, hypothèse s > Vdd/2. Fig.5 Dispositif de recentrage de l'excitation par rapport au seuil s. Fig.6 Dispositif de recentrage dans l'hypothèse s Fig.7 Dispositif de recentrage par corrections résistives aux entrées. Fig.8 Diagramme d'état de porte OU EXCLUSIF théorique. Fig.9 Diagramme d'état de porte OU EXCLUSIF réelle (allure). Fig.10 Utilisation directe des impulsions. Fig.11 Conversion des impulsions en monoîmpulsion par démodulateur et bas -cule de Schmitt, et exemples d'utilisation. Fig.12 Conversion des impulsions en monoimpulsion par sonostable. Fig.13 Transmission directe de signaux numériques par les impulsions (porte OU EXCLUSIF). Fig.14 Transmission directe de signaux (porte OU NON). Fig.15 Utilisation d'impulsions proportionnelles en commutation progres sive échantillonnée. Fig.16 Exemple de commutatiom multiples et progressives en temps partagé. Fig.17 Exemple de dispositif de conversion capacité-tension. Fig. 18 Schéma de dispositif de mesure de faibles capacités. Fig.19 Schéma de dispositif de mesure de fortes capacités. Fig.20 Exemple de touche fixe (coupe). Fig.21 Exemple de touche mobile manuelle (profil et coupe). Fig.22 Autre conception de touche mobile. Fig.23 Agencement possible d'un condensateur variable pour touche mobile (de face et coupe). Fig.24 Autre conception de condensateur variable pour touche mobile (profil et coupe). Fig.25 Autre variante de condensateur variable pour touche mobile (profil et coupe). Fig.26 Exemples de contours possibles de languettes de condensateur varia ble (des types des figures 24 et 25, en vue de dessus). Fig.27 Exemple d'une partie, de support de languettes d'un clavier musical (de dessus). Dans sa version la plus générale le dispositif de base est schématisé sur la figure 1 et comprend: un moyen générateur de fonction numérique (1) à deux sorties opposées (2,3), émettant respectivement les fonctions F et F, de forme quelconque mais à transitions instantanées de O à 1 ou 1 à O, une porte logique (4) à deux entrées (5,6) et-une sortie (7), et des résistances (8) et (10) en série entre (2) et (5), et (9) et (ii) entre (3) et (6), et enfin des capacités électriques (12) et (13) shuntant respectivement vers un potentiel fixe (par exemple la masse) les Jonctions (8,10) et (9,11).Les résistances (10) et (11) ne servent qu'à protéger la porte (4) contre les risques éventuels de décharge électrostatique, et ne Jouent pas de rôle actif dans le fonctionnement. Elles peuvent être suppriméee (court-circuitées) dans les montages exempts de tels risques. Les résistances (8) et (9) sont en principe de valeurs égales ou voisines. Elles capacités (12) et (13) sont soit des capacités variables de commande, soit des capacités fixes ou ajustables de tarage. Les capacités variables de commande peuvent titre réparties en plusieurs capacités distinctes connec tées en parallèle, le p?wamètre représentatif étant alors la somme de ces capacités. sous considèrerons quatre différents types de capacités correspondant h différentes utilisations du dispositif de base. Premièrement nous envisagerons les capacités de proximité, formées dune surface conductrice constituant la première armature et fixée sur support isolant (panneau, cadre, etc..), d'un diélectrique qui peut être l'air ou un autre milieu ambiant isolant, ou une couche isolante revêtant la surface conductrice ou la deuxième armature, et un corps conducteur ou surface conductrice formant la deuxième armature et lié ou couplé à la masse ambiante. Les variations de capacité à considérer dans ce type peuvent être positives Si le phénomène à détecter est un rapprochement, ou négatives s'il s'agit d'un éloignement. Deuxièmement nous considèrerons les capacités de touche, formées de surfaces conductrices fixes sur support isolant, de dimensions en rapport avec les parties concernées du corps de l'opérateur: doigt, main, pied, coude, genou, tête, etc.., et revêtues d'un isolant. convenable, c'est-àdire bon diélectrique et résistant à l'usure éventuelle due à des touchers répétés, la deuxième armature étant le corps de l'opérateur. Là les variations de capacité à partir du repos sont uniquement positives, entre un mini = à vide et un maximum de plein toucher. Troisièment nous considèrerons les capacités variables asservies à des touches mécaniques, dont une armature est fixe et l'autre mobile entrainée par le mouvement mécanique d'une pièce dite "touche" actionnée par un opérateur sans intervention électrique du corps de ce dernier. L'une ou l'autre armature est à potentiel fixe , et la seconde est reliée au circuit détecteur. Avec ce type de capacité on peut concevoir aussi bien des variations négatives que des variations positives. Enfin quatrièmement nous aurons le cas des capacités inconnues à mesurer (utilisation en capacimètre); il s'agira de condensateurs que l'on branchera sur le circuit détecteur pour en déterminer la valeur exacte. Nous reverrons ces différents types dans la suite de l'exposé. Toutes les portes logiques peuvent servir avec le circuit de figure 1, sous réserve éventuellement d'un ajustement du circuit par rapport aux seuils de basculement de la porte, que nous envisagerons plus loin. Le fonctionnement du dispositif détecteur de figure 1 implique un réglage tel qu'à vide la porte reste bloquée, et qu'elle émette des impulsions en charge c'est-à-dire lorsque la capacité de commande stécarte suffisamment de sa valeur de repos. Si l'on convient que cette capacité de commande est toujours connectée sur l'entrée qui reçoit la fonction F, on peut résumer les réponses quali- tatives des différents types de portes logiques par le tableau I ci-après, qui indique pour chaque type l'état logique au repos, et en activation, le sens des impulsions, et celles des transitions ascendantes ou descendantes de F qui entrainent une impulsion en sortie de porte, selon le sens de la variation de capacité (+ pour variation positive, - pour variation néga- tive). Tableau I : Réponses des portes une excitation bipolaire F,F. Types Etat Sens de Transitions de Sens des de porte au repos variation F productrices impulsions 0 ou 1 de capa. d'impulsions a:ascendantes d:descendantes + a OU 1 - d + a OU NON 0 + - d + d ET 0 + - a + d ET NON 1 - a + a et d OU EXCLUSIF 1 - a et d + a et d OU EX.COMP. 0 + - a et d Tableau II: Réponses des portes OU EX. à une excitation unipolaire F. + a et d OU EXCLUSIF 0 + + a et d OU EX.COMP. 1 - a et d Avec des portes OU EXCUSIF et OU EXCLUSIF COMPLEMENTAIRE, on peut sim- plifier le dispositif comme indiqué en figure 2 pour le premier de ces deux types. Une seule excitation F commune aux deux entrées suffit, et comme dans le cas de la figure 1, ces portes peuvent donner deux fois plus d'im- pulsions que les autres (une à chaque transition). Le tableau II ci-dessus précise leurs réponses dans cette hypothèse. Dans ce qui suit nous discuterons plus en détail deux types de porte, le type OU NON représentatif des quatre premiers, et le OU EXCLUSIF, représentatif des deux autres. Les dlectroniciens étendront sans difficulté les conclusions aux autres modèles, en les modifiant en conséquence. Nous raisonnerons sur des portes de technologie CMOS à titre d'exem- ple non exclusif, les conclusions restant valables pour toute technologie présentant les mêmes caractéristiques générales suivantes, une très grande impédance d'entrée, et une identité quasi-parfaite des seuils de basculement des entrées d'une mmc porte. Considérons un dispositif conforme à la figure 1, utilisant une porte OU NON. Soient RI,R2, Cl, C2, les valeurs respectives drs résistances (8,9) et des capacités (12,13). Soient C10 et C20 les valeurs de régla- ge de repos des capacités (12,13). Nous supposerons dans tout ce qui suit que les résistances de protection(10,11) sont de valeurs faibles devant (8,9) et que les capacités internes des entrées de porte (5,6) sont incluses dans C1 et C2; dans ces conditions on peut assimiler les tensions instantanées des entrées de porte aux tensions des jonctions (8,12,10) et (9,13,11), qu'elles suivent avec un retard très faible et constant. Soient e1(t) et e2(t) ces tensions, et s la valeur commune du seuil de basculement des deux entrées. Il y aura changement d'état de la porte tou- tes les fois que ce seuil sera franchi par une des tensions el ou e2 leau- tre étant en dessous du seuil. La possibilité d'un blocage de la porte au repos dépend de la situation du seuil s par rapport à la demi-tension dta- limentation Vdd/2. Les seuils de portes CMOS sont en effet, de par les normes de fabrication internationales, maintenues entre deux limites qui encadrent largement la demi-tension. On peut donc avoir soit s Vdd/2.Dans le premier cas il est possible d'avoir directement un blocage au repos, dans l'autre non. Considérons en effet les variations de tension el e2 sur un diagramme d'état tracé dans le plan e1,e2, figure 3. Ce diagramme établi dans l'hypothèse s e2(t) = Vdd - e1(t) , le point e1,e2 se déplacera sur la droite D, alternativement dans un sens et dans autre, suite aux transitions de F, et restera en permanence dans la zone S=O, la porte restant par conséquent bloquée. En principe ce résultat correspond à R1.C10 = R2.C20, et si R1 = R2, à C10 = C20. Lorsque les produits RI.CIO et R2.C20 sont petits devant les durées de palier de F, les tensions el et e2 rejoignent à chaque alternance les valeurs limites O ou Vdd avant la prochaine sollicitation en sens contraire, et le point figuratif atteint les deux limites du cadre du diagramme.Si,en restant dans cette hypothèse,on fait varier C1, qui joue alors le rôle de capacité de commande, sans changer le reste du réglage, le point e1,e2 va parcourir un cycle en forme d'hystérésis analogue à H de la figure 3 tracé pour une augmentation modérée de C1.Si l'augmentation de C1 est suffi sante, le point figuratif traverse le dornaine S=1, et si la porte en a le temps elle basculera deux fois, donnant une impulsion cà chaque cycle; pour cela il faut que le temps de séjour du point figuratif dans la zone S=1 soit au moins de l'ordre du temps de transition de la porte. Une réduction de C1 aurait produit un résultat analogue la forme de R étant inversée. De mdme une réduction de C2 produirait l'équivalent d'une augmentation de C1 et vice-versa.Mais une réduction de C1 ou C2 suppose bien entendu que l'on parte de valeurs de repos C10 et C20 non minimales et assez élevées. Avec le fonctionnement ainsi décrit qui correspond à 1 l'hypothèse de pro- duits RICI et R2C2 faibles devant les durées de palier de F, la largeur des impulsions est une fonction linéaire croissante de la variation de Cl ou C2.Si cette hypothèse n'est pas respectée, par exemple si RICI devient du même ordre que les durées de palier, le point figuratif parcourt un cycle analogue à E' de la figure 7, qui correspond encore à une impulsion par période de F, mais de largeur variant peu avec Cl. Si l'on continte à augmenter R1C1 la largeur des impulsions, après avoir atteint un maximum de l'ordre donne demi-largeur de palier, décroît et à la limite (cycle H") les impulsions disparaissent. Dans ce qui suit on exclura en principe ce dernier cas de réglage. Si maintenant, en revenant à l'hypothèse de base de RICI et R2C2 petits devant les paliers de F, on envisage de faire varier simultanément C1 et C2, on constate qu'une augmentation simultanée et égale des deux produits R1C1 et R2C2 ne chante rien, les deux variations se neutralisant. En revanche une augmentation d'un côté et une réduction de l'autre ajoutent leurs effets et donnent des impulsions de largeur accrue. Supposons maintenant comme indiqué à la figure 4 que le seuil soit supérieur à Vddj2. La droite D coupe alors la zone S=1 et le réglage pré- cédent donne des impulsions au repos. Pour supprimer ces impulsions il faut chercher à déplacer D en position D' par exemple. On peut arriver à cela de plusieurs façons. L'une des plus simples consiste à relever le potentiel inférieur d'alimentation du générateur (1) de manière à ce que la tension médiane des sorties (2,3) soit un peu supérieure à s, par exemple à l'aide d'une batterie, ou encore d'une diode Zéner (15) de tension Vz telle que (Vdd + Vz)/2#s (voir figure 5).Le mme principe permettrait d'abaisser cette tension médiane en agissant sur le potentiel supérieur conne en figure 6, dans le cas de seuil faible (figure 3), pour améliorer la sensibilité de réponse du dispositif de détection, la droite D venant en P" juste au contact de la zone S=1, avec (Vdd - Vz)/2s. Un autre procédé simple consiste comme indiqué en figure 7 à relier les noeuds (8,10,12) et (9,11,13), par des résistances (17,18) de valeurs R3, R4 grandes par rap port à R1,R2, à l'une des bornes d'alimentation générale O ou +Vdd, ou ventuellement à l'une et à l'autre séparément. Un cas de seuil fort comme en figure 4, sera résolu par des connexions de (17) et (18) à +Vdd.La présence de ces résistances modifie cependant l'impédance aux noeuds de branchement et il faut rectifier en conséquence la valeur des constantes de temps R1C1 et R2C2. Une porte OU EXCLUSIF (14) avec excitation unipolaire, selon la figure 2, présentera un diagramme d'état conforme théoriquement à la figure 8. Le plan el, e2, se découpe en quatre ilots d'état de porte, deux à S=0, et deux à S=1, avec un point neutre N situé sur la diagonale D définie par e2 = el. Au repos le réglage normal situera le point figuratif sur la droite D, et en activation, l'une des capacités (12) variant, le cycle parcou- ru pas le point el, e2, aura la forme H de la figure 8 pour de faibles variations, ou la forme ' pour de fortes variations.A la limite on pourrait avoir la forme H" se rapprochant de la droite verticale d'abscisse Vdd/2 en général distincte du seuil s. Dans le premier cas (H), les impulsions de sortie (une par transition de F), ont une largeur quasi-proportionnelle à la variation de capacité; c'est le réglage dit "proportionnel". Dans le deuxième cas (E'), les largeurs d'impulsion atteignent des limites qui sont de l'ordre de la moitié des paliers de F. Dans le troisième cas, on n'a qutune impulsion sur deux, ce qui revient à reproduire en sortie, à un déphasage et une déformation près, 1o fonction d'excitation F. En réalité les diagrammes d'état des portes OU EX sont moins simples que ne l'indique la figure 8. On constate en effet pour la plupart des spécimens courants disponibles (par exemple du modèle CMOS CD 4070 B), que le point neutre r est remplacé par un détroit plus ou moins large selon les marques et lots de fabrication (figure 9), et que les rives de ce détroit ne sont pas parfaitement symétriques par rapport à la diagonale D. il en résulte deux conséquences. D'ure part le réglage au repos porte bloquée est rendu plus facile en raison des marges introduites pas le détroit. D'autre part il arrive que pour de très faibles variations de capacité le cycle ne recoupe qu'une zone S=1, le système n'émettant alors qu'une impulsion sur deux. Cette particularité est liée surtout au fait que le seuil s'écarte généralement de la demi-tension. On peut donc 7e cas échéant remédier à la diminution du nombre des impulsions en recentrant les tensions d'entrée pas rapport au seuil, par les procédas illustrés précédemment par les figures 5, 6, et 7.On peut au contraire préférer n'avoir qu'une impulsion sur deux et régler le système de manière à rendre la droite D de repos tangente à l'une des zones S=1, en limitant la variation de capacité de commande pour éviter de pénétrer dans l'autre zone S=l. Cela peut se faire en ajoutant une ou deux résistances (17,18) branchées l'une sur O et l'au- tre sur Vdd (figure 9, positions D'ou D"). Cette modification peut servir également à rattraper la perte de sensibilité due au détroit. Reconsidérant maintenant le réglage de repos dans les deu: cas de base correspondant aux figures 3 et 9, il reste toujours possible, sans recours aux corrections illustrées par les figures 6 et 7, d'obtenir une sensibilité maximale à la variation dune des capacités (12)ou (13), en augmentant ou diminuant celle-ci ou l'autre au repos par un tarage convenable proche du seuil de détection, rendant le cycle d'hystérésis de repos tangent à une zone S-1. Dans cette situation le dispositif est immédiate- ment sensible aussi bien à la variation prévue qu'à celle en sens contraire de l'autre -capacité. Mais si l'on désire une sensibilité maximale simultanément sur les deux capacités, et dans les deux sens, il faut d'une part exclure les portes OU EX à cause du détroit, et d'autre part revenir à un cycle de repos corfondu avec la droite D et rendre celle-ci tangente à la zone S=1 par des corrections appropriées telles que celles des figures 5, 6, ou 7. Le dispositif détecteur de variation de capacité qui vient d'être exposé peut être utilisé avantageusement dans de nombreuses applications. On peut classer celles-ci selon le mode de traitement des signaux de sortie: .utilisation logique directe de l'émission d'impulsions; utilisation logique des trains d'impulsions convertis en monoïmpulsions; .utilisation directe des impulsions pour transmettre une fréquence ou Un train de signaux codés; utilisation directe d'impulsions de largeur proportionnelle à des varia- tions de capacité; utilisation d'impulsions de largeur proportionnelle avec conversion des impulsions en tension continue proportionnelle. Les électroniciens compétents concevront sans difficulté les circuits convenables d'interface entre le présent dispositif détecteur et les appareils utilisateurs. Cependant nous exposerons brièvement à titre d'exemples certains cas importants d'utilisation, en insistant sur les applica, tions plus particulièrement originales qui entrent formellement dans le do maine de l'invention. La figure 10 illustre l'utilisation directe de l'émission d'impulsions positives, dans l'hypothèse non exclusive d'une porte OU EXCLUSIF (14). La capacité (12) de commande est supposée dépendante d'une action A, qui lorsquelle s'exerce engendre l'apparition d'un train d'impulsions sur la sortie (7). Les exemples de circuits réagissant aux impulsions sont .une bascule "D" (19), reliée par son entrée "C" (clock, ou horloge), et recevant une donne O ou I sur son entrée "D". Alors A entrain: Q=D (A # Q=D). .une bascule "RS" (20), reliée par son entrée "R" (Reset): A # Q=0. une bascule "RS" (21), reliée par son entrée "S" (Set) : A #Q=1. .un circuit normalisé (22) de type compteur, diviseur, registre à déca lage, ou autre, relié par l'entrée "R" (Reset) : A # toutes sorties mi ses à O. De mbme on pourra envisager des commandes par impulsions négatives, la sortie S (7) étant à 9 au repos, en utilisant comme porte logique (4) un modèle donnant ce résultat d'après les tableaux I et .11 précédents. La figure 11 illustre quelques applications logiques utilisant les inpulsions après conversion en monoïmpulsion. On y voit en sortie de porte (23) un réseau démodulateur constitué d'une diode (24), d'une résistance (25), et d'un condensateur (26) à la masse, suivi d'une bascule de Schmitt (27), de modèle CMOS CD 40106 ou 4093, inverseuse. Dans un tel cas les impulsions doivent être négatives pour qu'en sortie (28) on ait une monoïm- pulsion positive, et c'est pourquoi la porte (23) est une OU EXCLUSIF COM- PLEMENTAIRE. La constante de temps R5C3 du démodulateur (24, 25, 26) doit ttre grande devant les durées de palier de F, ce qui allonge d'autant le temps de réponse du dispositif de commande en début et en fin d'action A. Les récepteurs montrés en exemples sur la figure 11 sont .une bascule bistable (29) montée en diviseur par deux, reliée par son en trée "C", et qui réagit selon A(i) (ième action) #Q(i)=Q(i-1); un registre à décalage (30) relié par son entrée "C", et qui donne : A(i) # Qn(i)=Qn-1(i-1), la donnée présente en Qn-1 étant transférée sur la sortie consécutive On. .un commutateur électronique (31) recevant la monoimpulsion sur son entrée "C" (control, ou commande), ce qui donne : A # x=y, les deux entrées/sor- ties x et y étant alors réunies par une faible impédance (de l'ordre de 100 ohms avec CMOS CD 4066 B). Des modifications évidentes permettraient sans difficulté d'obtenir avec le m8me type de montage des monoïmpulsions négatives, le cas échéant. La fifre 12 représente une autre option de conversion en monoïmpul- sion. Au lieu du démodulateur on branche en sortie de porte l'entrée "T" (trigger) d'un monostable (32) connecté en mode redéclenché, la largeur d'impulsion du monostable étant ajustée par R6 et C4 à une valeur juste supérieure aux intervalles entre impulsions entrantes. Le temps de réponse du système est amélioré, devenant de l'ordre de la durée des paliers de F. Les modèles CMOS CD 4047 (simple) et CD 4098 (double) conviennent à ce rôle et présentent deux sorties opposées ce qui permet d'utiliser ces modèles pour toutes polarités d'impulsions entrantes ou sortantes. La figure 13 fournit un exemple de schéma de transmission directe d'une fréquence ou d'un train de signaux codés, commandée par une touche capacitive. Cette application suppose que les constantes de temps du circuit RICI et R2C2 restent compatibles avec les paliers de la fonction à transmettre G puisque c'est celle-ci qui sert de fonction d'excitation.Pour simplifier l'entrée on prend une porte OU EXCLUSIF dont l'excitation peut tre monopolaire, mais dans ce cas le circuit détecteur doit entre corrigé pas des résistances (17, 18) permettant d'amener la droite D en position D" tangente à la zone 5=1 ( voir figure 9), et l'on doit limiter la valeur maximale C1ma@ ax de la capacité de commande (12) pour rester cn régime d'une impulsion sortante pas impulsion entrante. Dans ces conditions un train d'impulsions entrant G est reproduit en sortie, mais avec un retard de l'ordre de R2C2, et un changement de largeur des impulsions (réduction en général).Or pourrait rétablir la largeur de ces impulsions par un monostable réglé sur cette largeur, mais cette complication retirerait de l'intérêt au montage. La figure 14, avec deux portes OU NON (33,34), est une alternative au schéma précédent, évitant une correction par résistances (17,18), l'une des portes (34) fournissant la deuxième alternance néce3saire à ce type de porte. Toutefois dans ce cas les impulsions sortantes sont déphasées de plus d'une largeur d'impulsion entrante La figure 15 représente des exemples d'utilisation directe d'impulsions de largeur proportionnelle. La fonction d'excitation F a une forme "carrée" (paliers à p et 1 égaux) et l'on a supposé que la capacité de commande (12) était asservie à une touche sur laquelle s'exerce une action A plus ou moins intense; on a considéré sur le dessin trois niveaux d'action : A1=0, A2 faible, A3 maximum. La porte, une OU EXCLUSIF, a sa sortie utilisée de deux façons exemplaires.Une première branche actionne un commutateur électronique, qui est par exemple une porte de transmission (35) à trois états CtIOS CD 4066 P, qui commute vers un "Bus" (36) rappelé à la masse par une résistance (37) de l'ordre de 1000 ohms, une fonction L soit numérique, soit analogique compatible (tension bornée à O et +Vdd), de fréquence basse par rapport àla fréquence de l'excitation F. Plus précisément, si f est la fréquence d'excitation, la fréquence d'échantillonnage avec OU EXCLUSIF sera 2f, et devra être supérieure au double de la fréquence la plus haute contenue dans le signal L.Un filtre passe-bas (38) est placé en sortie pour éliminer la fonction d'échantillonnage et rétablir la forme de L, à une atténuation près inversement proportionnelle à la variation de capas cité C1 de (12) liée à l'action A. La deuxième branche passe par une porte ET (3,,n) et peut commuter un signal numérique M basse fréquence, dans des conditions analogues. La forme approximative des signaux est indiquée dans les trois hypothèses AI A2 43, pour la sortie de porte détectrice (14), la sortie bus (36), la sortie du filtre (38), la sortie de porte ET (39), et la sortie du deuxième filtre (40). On peut évidemment étendre ce système de commutation progressive à une pluralité de signaux distincts, chacun acheminé vers un bus particulier par un commutateur particulier, les divers commutateurs relatifs à une mê- me touche étant commandés en parallèle par le dispositif détecteur correspondant. Cette application peut dtre intéressante dans les instruments de musique électroniques à clavier. La commande de commutation échantillonnée à largeur variable qui vient d'être exposée et illustrée par la figure 15 implique obligatoirement que la largeur maximale des impulsions reste petite devant leur période de récurrence. Ce fait permet d'envisager des commutations multiples dans lesquelles un m!me bus de sortie est alimenté par une pluralité N de signaux basse fréquence différents dépendant chacun d'une touche exclusive, et commutés et échantillonnés à tour de rôle chacun dans un créneau de temps exclusif tc égal ou supérieur à la largeur maximale d'impulsion; pour ce faire il suffit que les impulsions de commande respectent ce partage du temps, et comme ces impulsions sont strictement asservies temporellement aux transitions des fonctions d'excitation, on y arrive directement et simplement en déphasant les fonctions d'excitation d'une touche à l'autre de la largeur d'un créneau tc; naturellement cele n'est possible que si la période de récurrence m des impulsions d'une touche est égale ou supérieure à N fois le créneau tc T 2 N tc. Ce genre de dispositif permet en particulier des commandes multiplexées à partir d'un clavier. La figure 16 représente un exemple d'un tel dispositif de commutation multiple et simultanée en temps partagé. Le schéma comporte N, touches mo- biles, chacune recevant une action a1 a2 ... aN, et influençant un condensateur variable (12) dont l'armature libre est connectée à un dispositif de détection de variation de capacité (41) conforme aux descriptions préce- dentes dans l'hypothèse de portes OU EXCLUSIF, suivi d'un commutateur (35) à trois états, par exemple de modèle CMCS CD 4056 B. Chaque commutateur (35) reçoit un signal basse fréquence L, et transmet en cas de commutation ce signal à un bus B rappeler à la masse par une résistance (37). Les N fonc- tions 2'excitation déphasées entre elles proviennent dans cet exemple d'un registre à décalage (42) à N étages pulsés en parallèle par une horloge (43), qui est un oscillateur numérique à fréquence constante, la Nème sortie du registre étant rebouclée après inversion par (44) sur l'entrée D1 du premier étage. Une remise à zéro générale du registre (42) est supposée effectuée lors de la mise sous tension. On obtient donc sur les N sorties du registre (42) N fonctions distinctes en phase, carrées, et de menine frd- quence f : F1,F2,...FN.La différence de phase entre deux fonctions consé- cutives est égale à la période d'horloge, qui doit tre supérieure à la largeur maximale des impulsions issues des circuits détecteurs (41). Sur la figure 15, les trois ensembles représentés sont supposés activés à plein. Le registre (42) peut être constitué d'un nombre suffisant de circuits CMOS CD 4015 connectés en série. D'autres solutions valables de géné- rateur de fonctions multiples déphasées peuvent être imaginées par les spé- cialistes. On peut modifier ce schéma en utilisant comme commutateurs des portes logiques (avec signaux exclusivement .numériques) dont les sorties sont réunies par une porte OU à N entrées. On peut aussi utiliser dans les circuits (41) des portes non exclusives mais cela exige des fonctions d'exci- nation bipolaires. Il est évidemment possible d'extrapoler ce système à une pluralité de signaux distincts par touche, grâce à autant de commutateurs par touche, et autant de bus de sortie distincts. Ce type d'application peut être avantageux dans certains orgues électroniques ou autres instruments polyphoniques. La figure 17 représente un dispositif de détection de capacité muni d'une porte OU NON (33), dont les impulsions de sortie sont converties en tension continue v proportionnelle à leur largeur par un filtre très simple (45,46), le produit R7C5 devant être grand par rapport à la durée des paliers de la fonction d'excitation F pour que la tension v soit continue. Si l'on veut que v soit proportionnelle à la variation de capacité Ci (12), il est nécessaire que F soit périodique et de fréquence constante et que les produits 21C1 et R2C2 restent petits devant les durées de palier de F. On a alors globalement une conversion capacité-tension, mais v restera elle-meme petite devant la tension d'alimentation Vdd, un cinquième par exemple au plus. Ce genre de dispositif peut entre utilisé pour des commandes en tension à partir d'une touche ou pédale progressive à effet capacitif. La figure 18 montre un exemple de capacimètre construit à partir du circuit précédent. Ilsuffit d'y ajouter un voltmètre (47) à impédance d'entre grande devant R7. On peut facilement s'arranger pour que l'indication chiffrée de tension du voltmètre corresponde à la capacité exprimée en farads ou sous-multiples de farad, à un coefficient simple près, 2, 5, 10, ou puissance de dix. Pour cela, plut6t que d'agir sur les composants R1 et R2, on ajustera la fréquence d'excitation. A titre d'exemple , avec une alimentation de Vdd=12 volts, on peut viser une tension de sortie maximale de 2 volts, correspondant par exemple à 200 picofarads.Avec des valeurs pra- tiques R1 = R2 = 10 kilohms, Cx à mesurer en (12) compris entre 0 et 200 pF, C2 (13) tare ajustée pour avoir v=O pour Cx=O, on ajusterait la fré- quence d'excitation f (fonction F carrée ou presque carrée) dans les environs de 120 kilohertz pour que, avec un condensateur étalon de 100 ou 200 picofarads, on lise exactement 1 ou 2 volts.Des valeurs 10 fois plus fai- bles de f permettraient de mesurer des capacités 1C fois plus fortes, mais on peut aussi échanger R1 et R2 contre des valeurs 10 fois plus faibles Lorsque la capacité à mesurer est grande, les courants de charge-décharge de la capacité à mesurer finissent par dépasser les possibilités des cir cuit s oscillateurs courants. On peut alors faire appel à un schéma du genre de celui de la figure 15, où des relais (48,49) à basse impédance bran- chés directement sur l'alimentation sont interposés à l'entrée du circuit détecteur.An peut utiliser pour l'oscillateur un circuit intégré CPlOS CP 4047 qui présente deux sorties en opposition et comme relais (48,49) deux portes de transmission CMOS CD 4066. Le dispositif détecteur de variation de capacité et les compléments en aval qui viennent d'être exposés peuvent intervenir avantageusement dans de nombreux domaines d'application. Ainsi on peut d'abord envisager de s'en servir pour la détection d'évè- nements physiques devant déclencher automatiquement des actions appro- priées, par exemple .commande d'arrêt automatique de mouvement de pièce mécanique, .prévention d'accident (arr8t de courant ou de fluide, blocage de frein,..) .détection du plein d'un récipient, .alarme d'intrusion, d'effraction, de déplacement d'objet conducteur... Les capacités de commande intervenant dans de tels cas peuvent revêtir des formes et dimensions extrêmement variables, selon l'usage précis en cause. Le plus souvent l'une des armatures est métallique et est reliée an circuit détecteur, l'autre étant le corps à détecter lui-même, couplé à la masse ambiante. Dans le cas de détection d'ouverture d'une porte, la capacité pourra être formée de deux petites surfaces conductrices fixées en regard, ltune au cadre fixe et l'autre au vantail, la variation étant ncga- tive en cas d'ouverture.Dans le cas de détection de déplacement d'objet conducteur, celui-ci pourra reposer par une face de base sur un socle isolant comportant deux pièces conductrices plates disposées côte-à-côte, l'une relie à la masse et l'autre au circuit détecteur, l'objet en place s'appuyant sur les deux et les coeaplant capacitivement en série, la variation de détection étant négative.Engénéral ces cas deutilisation exploitent les impulsions soit directement, soit aprXs conversion en monoimpul- sion. On peut aussi appliquer le dispositif de détection à des commandes manuelles ou corporelles par opérateur utilisant des touches capacitives fixes. Ces touches sont silencieuses et ne nécessitent aucun effort, ce qui favorise la rapidité de manipulation, et peuvent être d'un coût négligeable. Lorsque les commandes sont multiples et regroupées en clavier, les circuits détecteurs correspondants peuvent se contenter d'un seul générateur d'excitation commun.La figure 20 représente en coupe une touche de ce genre, formée d'une couche conductrice (50) plaquée sur un support isolant (51), et reliée à une jonction (8,10) ou (9,11) d'un circuit détecteur par une connection (52) aussi courte que possible traversant le support (51); la forme et les dimensions de la couche (50) sont adaptées à la partie du corps utilisée: extrémité -de doigt, dessous de pied, côté de genou, coude, tête, par exemple. Un revêtement isolant (53) est prévu, mais sa présence est pas forcément nécessaire au bon fonctionnment; il doit, le cas échéant, supporter l'usure de touchers rgpétés. La partie du corps d'opérateur (54) est supposée couplée capacitivement à la masse am- biante, sinon reliée à elle conductivement.Ces touches peuvent s'intégrer à des dispositifs utilisant les impulsions soit directement en logique, ou en transmission de fréquence ou de signaux, soit après conversion en monoimpulsion. Il est également possible, si la forme de touche le przvoit ou l'autorise, de fonctionner en largeur d'impulsion proportionnelle à l'approche ou l'appui plus ou moins prononcé sur la touche. Un autre mode d'utilisation du dispositif détecteur très adapté à l'emploi en largeur proportionnelle consiste à mettre en oeuvre des touches mobiles conformes à des modèles connus, par exemple des touches d'instrument de musique à clavier -piano, orgue, accordéon...-, en adjoignant à chacune un condensateur variable spécial dont la capacité est fonction directe de l'enfoncement de la touche. Pour faire varier cette capacité on peut agir soit sur la surface d'armatures mise en regard, soit sur leur distance d'écartement, soit sur ces deux paramètres à la fois.La solution adoptée devra autant que possible être silencieuse et exempte de frottement et d'usure. Itsalgré la limitation d'encombrement imposée au condensateur et la course assez faible des touches classiques musicales (environ 1C mm au plus) il est possible de concevoir des condesateurs de capacité maximale suffisante (ordre de grandeur de quelques dizaines de picofarcads), de dif férentes manières illustrées par les figures 21 à 27.La figure 21 montre en profil et coupe un exemple de touche musicale classique (55) articulée autour d'un axe (56) horizontal et commun aux touches d'un même clavier avec ressort de rappel (57), le bSti (58) de clavier comportant un dispo- sitif (59) de guidage et limitation de course dans le sens vertical, et une extension (60) du corps de touche destinée à actionner le condensa- teur variable et qui traverse le bâti.La figure 22 montre une autre conception de touche manuelle, dont le corps est prolongé en (62) au-delà de l'axe (56), ce qui permet de reporter le condensateur dans la zone arriè- re de la touche.Dans ce oas l'extension et le condensateur peuvent 8tre placés soit au-dessuss du prolongement (52), comme indiqué par (60) pour l'extension, soit au-dessous avec position (61) de l'extension. Une touche de pédalier d'orgue ressemblerait à la disposition de figure 21, en ang- mentant fortement la longueur et l'épaisseur du corps (55).Le condensa- teur peut tre conçu et disposé comme indiqué sur la figure 23 vue en bout de touche, avec des armatures planes parallèles (63,64) séparées par de l'air, comme dans les condensateurs variables courants, mais cette dis- position suppose une précision de guidage très poussée de l'armature mobile. Une autre disposition plus facile à réaliser est représentée figure 24 vue de profil.Sur cette figure Il une des armatures est un ruban souple (65) en métal mince, ou en matière non extensible revêtue d'une couche conductrice, de largeur au plus égale à l'encombrement latéral de la touche au sein du clavier; une extrémité est attachée au bec inférieur de l'exten; sion (60), l'autre extrémité étant fixée mécaniquement au bâti (58) de ma nière à tendre le ruban. autre armature (66) est Convexe et fixée sur un support isolant (67) présentant une face cylindrique à grand rayon de courbure et rendue solidaire du b ti; l'armature (66) est par exemple une lan- guette métallique, dont la largeur maximale est au plus égale à l'encom- brement latéral de la touche.L'une des armatures est mise à la masse et l'autre est reliée par un fil le plus court possible et éloigné de tout conducteur au circuit détecteur affecté à la touche considérée. Il est plus simple de relier l'armature ruban (65) à la masse, ce qui autorise un bâti de clavier en métal lui-même mis à la masse. Une couche isolante (68) sépare les deux armatures; il peut s'agir d'un film plastique mince (épaisseur de l'ordre de 10 microns), ou d'une couche convenable de vernis isolant déposée sur l'une des armatures. Ainsi que l'indique sur la figure 24. le trait pointillé qui correspond à la position "touche enfoncée" le ruban s'enroule sur l'armature fixe tout en restant tendu. On obtient ainsi une loi de variation de la capacité en fonction de l'enfoncement de la touche précise et réversible, dont l'allure est définie principalement par le con tour donné à la languette (56), et accessoirement par une variation éven- tuelle de l'épaisseur d'isolant (68). Cette disposition donne une variation de capacité positive lors de l'enfoncement de la touche.On peut adapter le même type de condensateur à la touche à rallonge de type figure 22 en le renversant dans une position symétrique pas rapport à l'axe (50), ce qui donne encore une variation positive, ou bien à l'extension inférieure (61) en plaçant le condensateur symétriquement par rapport au plan vertical pas sant par l'axe (56) et en l'inclinant légèrement pour le placer en position de capacité maximale touche relevée au repos; la variation devient alors négative. Une autre variante de condensateur est décrit en figure 25. Il s'agit encore d'un ruban souple (65) et d'une languette fixe (66), mais le ruban doit maintenant ttre élastique et présenter une certaine résistance à la flexion, tandis que la languette devient plane, ce qui facilite sa réalisation, au moyen par exemple de la gravure chimique. En position de repos le ruban (65) est détendu et présente une convexité vers le bas; lorsque la touche s'enfonce, le ruban s'abaisse, la distance entre les deux extrémités du ruban diminue et la convexité a tendance à croître, mais lobsta- cle du plan de la languette qui est fixe oblige le ruban à s'appliquer sur lui progressivement, épousant donc la languette sur une longueur croissante, d'où augmentation de capacité fonction de l'enfoncement de la touche. Comme pour la variante précédent e (figure 24), il est possible d'utiliser cet agencement de condensateur avec les autres dispositions de touche et d'extensions de la figure 22 et d'avoir des variations de capacité soit po sitives, soit négatives, selon l'implantation et l'orientation du condensa- teur. La forme du contour des languettes fixes (66) a une influence préponrente sur la relation capacité-enfoncement de touche. On pourra se fixer cette relation de manière à répondre n certaines spécifications d'utilisa- tion.n musique pas exemple, on peut désirer un certain type d'attaque des sons quand l'enfoncement de la touche est effectué à vélocitc moyenne, ou bien se réserver la possibilité de moduler l'intensité d'un son tenu en relâchant plus ou moins la touche. La figure 26 représente quelques uns des contours possibles de languettes dans l'hypothèse d'un montage de condensateur conforme à la figure 24.Les contours sont identifiés de A à E sur cette figure, et l'on suppose que la lirtite de 11 aire de contact mécanique se déplace de bas en haut quand la touche s'enfonce, l'enfoncement étant supposé proportionnel à une grandeur x. Le contour A présente une largeur approximativement en x , et doit correspondre à une montée du son linéaire en puissance. Le cas 3, rectangulaire, doit fournir une montée à peu près linéaire en tension. Le cas E, où la largeur croit selon une allure exponentielle, correspond à une montée approximativement linéaire en déci- bels. C et D sont des exemples intermédiaires dc formes arbitraires. La figure 27 représente, vu de dessus, une partie du support isolant (67) d'un clavier, supposé séparé du reste du montage, muni de plusieurs languettes (66) de forme E prise comme exemple, espacées latéralement comme les touche du clavier. Le méme genre de disposition vaudrait approximativement pour le condensateur de type de figure 25, la surface du support (67) devenant plane. Dans tous les cas d'application il est évident que. le choix définitif d'un contour de languette doit résulter d'épreuves empiriques poussées, a partir d'un objectif d'utilisation bien déterminé, la théorie ne pouvant fournir que des orientations grossières. REVENDICATIONS 1) Dispositif électronique pour détectcr les variations de capacité, composé d'un moyen (1) générateur de fonction permanente de nature numérique à une sortie (2) ou deux sorties en opposition (2,3), d'une porte logique (4) à deux entrées (5,6) et une sortie (7), de résistances ohmiques (8,9,10,11), d'au moins une capacite variable à becter (12), d'une capacité symétrique (13), ces divers moyens étant assemble comme suit:: . les résistances (8,9), de valeurs comparables entre elles, sont chacu ne en série entre le générateur (1) et l'une des armatures des capaci tés respectives (12,13), . les résistances (10,11),de valeurs comparables entre elles, sont en série entre les dites armatures des capacités respectives (12,13) et les entrées respectives (5,6) de la porte logique (4), . les autres armatures des capacités (12,13) sont reliées à des poten tiels fixes, par exemple la masse commune du montage, caractérisé en ce que les paramètres du montage, et en particulier ceux qui définissent la fonction d'excitation issue du générateur (1), et les valeurs initiales des capacités (12) et éventuellement (13), peuvent tre ajustés de telle sorte qu'en l'absence de variation desdites capacités la porte reste bloquée et sa sortie (7) maintenue dans un état logique O ou 1 et qu'en présence de variation suffisante d'une des capacités (12,13) la tension variable de l'entrée de porte correspondante se trouve déphasée par rapport à l'autre et entrain la production par le dite porte d'un train continu d'impulsions apparaissant sur sa sortie (7) chaque impulsion succédant à une transition de la fonction d'excitation et la largeur des impulsions étant fonction de la variation de capacité. 2) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le potentiel de l'une des bornes d'alimentation du générateur (1) est décalé par rapport au potentiel correspondant d'alimentation de la porte logique (4) d'une quantité fiwe telle que les extremums des oscillations de tension issues du générateur (1) soient rendus symétriques par rapport à une valeur médiane voisine des tensions de seuil des entrées de la porte logique (4). 3) Dispositif selon les revendications 1 ou 2, caractérisé par l'ad- jonction d'une ou deux résistances (17,18) placées en série entre d'une part l'armature à tension variable des capacités (12,13) et d'autre p?-t l'une des borne d'aliment t ion de la porte, séparément et indépendamment. 4) Dispositif électronique de commande simple ou multiple par effet Ca- pacitif mettant en oeuvre pour chaque commande un dispositif détecteur de variation de capacité selon l'une des revendications 1, 2 ou 3, caractéri- sé en ce qu'au moins une des armatures à tension variable des capacités (12,13) de ce dispositif est constituée d'une surface conductrice (50) fixée sur un support isolant (51), autre armature (54) de la dite capacité étant constituée par un corps conducteur mobile lié à la masse ambiante par conduction électrique ou par induction électrostatique, le diélectrique intermédiaire étant soit le milieu ambiant, soit un revêtement isolant (53) déposé sur l'une des armatures. 5) Dispositif électronique de commande simple ou multiple pas effet paît if mettant en oeuvre pour chaque commande un dispositif détecteur de variation de capacité selon l'une dee revendications 1, 2 ou 3, caractérisé en ce qu'au moins une des capacités variables (12,13) est asservie au mouvement d'une touche (55) mobile autour d'un axe horizontal (56) et munie d'un ressort de rappel (57), et est constituée de deux armatures séparées par une couche isolante (58), l'une des armatures étant une couche conductrice (66) fixée sur un support immobile (675 et l'antre un ruban conduc (65)!' teur souple/entrainé parune de ses extrémités par la touche (55) l'autre extrémité duruban étant fixe, dans un mouvement d'enroulement ou déroulement progressif résultant en une longueur d'appui mécanique entre armatu- res variant de façon précise et réversible en fonction du déplacement linéaire ou angulaire de la touche. 6) Dispositif électronique de commande par touche mobile selon la revendication 5, dans lequel l'armature fixe (66) d'au moins une capacité variable asservie à une touche (55) est reliée électriquement au dispositif détecteur correspondant, autre armature (65) étant reliée à la mas- se, caractérisé en ce que la dite armature fixe (66) est une languette mé- tallique dont les dimensions, forme, et contour sont déterminés, compte tenu des paramètres électriques et mécaniques de la touche, de l'armature mobile (G5), du diélectrique (68), et du dispositif détecteur, de telle sorte que l'on réalise une relation "capacité électrique/déplacement de la touche" conforme à un modèle que l'on s'est donné par ailleurs en fonction de critères d'utilisation. 7) Dispositif électronique de commande multiple par effet capacitif selon l'une des revendications 4, 5, 6, caractérisé en ce qu'un seul générateur (1) alimente les divers circuits détecteurs de variation de capacité qui le composent. 8) Dispositif électronique de commande multiple en temps partagé selon l'une des revendications 4, 5, 6, comprenant une multiplicitn N de touches semblables independantes à effet capacitif et autant de circuits semblables détecteurs de variation de capacité (41) affectés respectivement aux dites touches et conformes à l'une des revendications 1, 2, 3, caractérisé par des fonctions d'excitation rectangulaires de même fréquence et même forme, déphasées les unes par rapport aux autres d'au noins une largeur maximale d'impulsion de sortie, ladite fréquence devant être telle que la période de récurrence des impulsions de chaque sortie soit au moins égale à N fois ladite largeur maximale d'impulsion, les N générateurs d'excita- tion étant remplacés pas un ensemble genérateur unique b au moins N sorties monopolaires ou bipolaires, distinctes en phases, alimentant respectivement les N circuits (41). 9) Dispositif électronique de conversion capacité/tension, constitué d'un dispositif de détection de variation de capacité selon l'une de re vcndications 1, 2, 3, dans lequel le générateur (1) est un oscillateurpro- duisant une fonction numérique périodique de fréquence constante, sur une ou deux alternances opposées, et où la capacité agissante est l'une des capacités du dispositif (12,13), le dispositif étant réglé au seuil de dXblo- cage de porte quand ladite capacité agissante est nulle , caractérisé par l'adjonction en aval d'un filtre passe-bas résistance-capacité (45,46) dont la constante de temps est grande devant la période d'excitation, et par un choix des paramètres tel que la largeur des impulsions soit proportionnelle à la capacité agissante. 10) Dispositif électronique de mesure de capacité,constitué d'un dispositif convertisseur capacité/tension selon la revendication 9, dans lequel l'une des capacités (12) est remplacée par une capacité Cx à mesurer, et d'un voltmètre (47) branché sur la sortie du dispositif convertisseur, caractérisé par un réglage de la capacité (13) tel que la tension lue soit nulle en l'absence de capacité à mesurer Cx, et un choix des autres para- mètres du montage notamment la fréquence d'excitation et les valeurs des résistances d'entrée (8,9) tel que dans une gamme donnée de mesure la tension lue par le voltmètre (47) s'exprime par le même nombre que la capacité ex exprimée en unités de capacité, a? un coefficient simple près.