Brevet FR2571908A1 — publié le 19860418

DISPOSITIF COMMUTATEUR DE PROXIMITE La présente invention concerne un dispositif commutateur de proximité destiné à détecter une approche d'un objet et à brancher et à débrancher un appareil associé. Dans l'art antérieur, un appareil électrique tel qu'un- au- toradio monté dans un véhicule est branché et débranché au moyen d'un commutateur à bouton-poussoir. Cependant, ce commutateur a une capacité d'utilisation médiocre en ce que,pendant la marche du véhi- cule, le conducteur doit manoeuvrer le bouton du commutateur par tâtonnement. Par conséquent, un but de la présente invention est de four- nir un dispositif commutateur de proximité dans lequel le seul fait d'approcher une main de celui-ci a pour effet de brancher et de débrancher l'appareil électrique associé sans manipulation du bou- ton de commutateur quand l'appareil électrique doit être branché et débranché. Selon la présente invention, un dispositif commutateur de proximité est caractérisé en ce qu'il détecte une variation de capacité flottante due à une approche d'un objet (c'est-à-dire une main d'une personne) d'une plaque d'électrode et provoque une fonc- tion de commutation sans contact d'un appareil associé. D'autres caractéristiques et avantages de la présente inven- tion seront mis en évidence dans la description suivante, donnée à titre d'exemple non limitatif, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la Figure 1 est une vue schématique qui est utilisée pour expliquer le principe de base de la présente invention selon lequel un objet est détecté; la Figure 2 est un schéma fonctionnel représentant un exem- ple de réalisation d'un dispositif commutateur de proximité selon la présente invention; la Figure 3 est un schéma fonctionnel représentant un détec- teur d'objet du dispositif commutateur de proximité; la Figure 4 est un schéma fonctionnel représentant un cir- cuit de détection de fluctuation de tension contenu dans le détec- teur d'objet; et 7 1908 la Figure 5 est un diagramme des temps représentant les si- gnaux apparaissant en différents points du circuit de détection de fluctuation de tension. On va maintenant se référer à la Figure 1 qui représente le principe de base de la présente invention selon lequel un objet est détecté, quand un signal de radiofréquence RF est envoyé à un cir- cuit série constitué d'une plaque d'électrode 1 et d'une résistance R, une capacité flottante C variant en fonction de la distance entre la plaque d'électrode 1 et un objet 2 à détecter, ce qui fait égale- ment varier une tension de sortie de RF à un noeud entre la plaque d'électrode 1 et la résistance R. Par conséquent, on peut utiliser la plaque d'électrode 1 comme capteur qui détecte quand l'objet 2 s'approche de celle-ci en détectant une diminution de la-tension de sortie. Sur la Figure 2, qui représente un exemple de réalisation de la présente invention, un dispositif commutateur de proximité construit selon le principe de base tel qu'établi plus haut comprend un détecteur d'objet 3 pour détecter une approche de l'objet 2 du capteur 1, une bascule 4 qui change d'état en réponse à un signal de sortie du détecteur d'objet 3 indiquant l'approche de l'objet 2, un transistor de commutation Tr qui est rendu conducteur et mis à l'état bloqué selon l'état de la sortie Q de la bascule 4, et un commutateur à relais RL qui est excité et désexcité par l'intermé- diaire du transistor de commutation Tr. Un dispositif électrique 5 est connecté pour compléter son circuit d'alimentation par un élé- ment de contact "a" du relais. Le détecteur d'objet 3 est représenté avec plus de précision sur la Figure 3. Sur la Figure 3, le détecteur d'objet 3 comprend un oscillateur 31 pour produire un signal de fréquence constante, un réseau 32 qui est connecté à la sortie de l'oscillateur 31 et qui comporte un capteur 1 connecté à un point central des résistan- ces contenues dans le réseau, un filtre passe-bande et un amplifi- cateur 33 pour supprimer le bruit et amplifier un signal de sortie de tension de RF produit par le réseau 32, un détecteur 34 pour dé- tecter le signal de sortie amplifié, et un circuit de détection de fluctuation de tension 35 qui détecte une diminution du signal de tension détecté (c'est-à-dire une approche de l'objet) et produit une commande de branchement envoyée à la bascule 4 quand la dimi- nution du signal de tension dépasse une limite présélectionnée. Dans ce dispositif, on remarquera que le réseau 32 produit une tension de sortie de RF convenablement atténuée proportionnelle- ment à la distance entre le capteur 1 et l'objet 2 qui s'approche, quand il reçoit un signal de RF d'une fréquence constante Fo de l'oscillateur 32. La tension de sortie de RF est appliquée au filtre passe-bande et amplificateur 33 dans lequel le bruit induit dans le capteur 1 ou autre élément parasite est éliminé et dans lequel la composante de RF de fréquence Fo est seulement amplifiée. Le signal de fréquence amplifié est détecté dans le détecteur 34 qui produit un signal de tension en courant continu ayant une amplitude corres- pondant à celle du signal de fréquence d'entrée du circuit de détec- tion de fluctuation de tension 35. Le circuit de détection de fluc- tuation de tension 35 détecte alors la diminution du signal de ten- sion en C.C. qui lui est envoyé et produit la commande de branche- ment envoyée à la bascule 4,indiquant la présence de l'objet 2 quand la diminution du signal de tension dépasse la limite présélectionnée. La sortie Q de la bascule 4 passe à un niveau haut, ce qui rend con- ducteur le transistor de commutation Tr. Cela excite le commutateur à relais RL pour la fermeture de l'élément de contact "a". En con- séquence, le dispositif électrique 5 est branché. De plus, pendant le temps o le dispositif électrique 5 reste branché, quand l'objet 2 s'approche une fois encore du capteur 1, la présence de l'objet 2 est également détectée par le circuit de détection de fluctuation de tension 35 qui produit une commande de débranchement envoyée à la bascule 4 pour changer son état. La sortie Q de la bascule 4 passe alors à un niveau bas, ce qui bloque le transistor Tr. Le commutateur à relais RL est désexcité pour ouvrir son élément de contact "a", et il en résulte que le disposi- tif électrique 5 est débranché. On va se référer maintenant à la Figure 4 o le circuit de détection de fluctuation de tension 35 comprend un premier amplifi- cateur 341 pour amplifier la tension de sortie Vo du détecteur 34, un second amplificateur 342 pour amplifier la même tension de sortie Vo en introduisant un certain retard, un comparateur 343 pour com- parer les tensions de sortie amplifiées V1 et V2 des premier et se- cond amplificateurs, et un circuit de décision 344 pour détermi- ner si la durée du signal de sortie S du comparateur 343 dépasse ou non la valeur présélectionnée. Les amplificateurs 341 et 342 sont agencés pour qu'ils aient le même gain. Un décalage de tension du comparateur 343 est réglé de sorte qu'il produise un signal de sortie de niveau bas quand Vl:9 V2 et un signal de sortie de niveau haut quand Vl En considérant cette disposition du circuit de détection de fluctuation de tension et en se référant à la Figure 5, on voit que, lorsque la tension d'entrée Vo diminue avec une période T, la ten- sion de sortie V1 de l'amplificateur 341 diminue également avec la même période T, mais que la tension de sortie V2 de l'amplificateur 342 diminue avec un certain retard Td. I1 en résulte que, pendant l'intervalle de temps (T + Td), la tension V1 devient inférieure à la tension V2 (V1 parateur 343 reste à un niveau haut. Cependant, en considérant le fait que la période de décroissance T de la tension d'entrée Vo varie en fonction de la distance entre le capteur 1 et l'objet 2, le circuit de décision 344 détermine que l'objet 2 a été détecté quand la durée du signal de sortie S dépassait la valeur présélec- tionnée et il produit alternativement les commandes de branchement et de débranchement envoyées à la bascule 4. A cet égard, on doit noter que, lorsque la position de l'objet 2 reste fixe par rapport au capteur 1, de sorte que la tension d'entrée Vo reste constante, la tension V1 devient égale à la tension V2 (V1 = V2), alors que, lorsque l'objet 2 s'écarte du capteur 1, la tension V1 devient su- périeure à la tension V2 (Vl>V2). Dans chaque cas, le signal de sortie S du comparateur passe à un niveau bas qui ne produit pas de commande de commutation. Ainsi, le dispositif commutateur de proximité selon la présente invention remplit une fonction de commutation sans contact du dispositif électrique 5 par la seule approche de l'objet 2 (par exemple, une main d'une personne) du capteur 1. Plus spécifiquement, il fournit une bonne capacité d'utilisation d'un dispositif électrique tel qu'un autoradio monté dans le véhicule en ce qu'il peut être facilement branché et débranché, même quand le véhicule roule. En outre, la présente invention peut être utilisée effica- cement dans un cas tel qu'un dispositif domestique, par exemple une lampe de bureau, doit être branché dans l'obscurité. De plus, la présente invention est utile non seulement pour la commutation d'un dispositif électrique, mais également pour faire fonctionner un système d'alarme dans lequel le capteur 1 est monté près de la porte et le dispositif électrique 5 est remplacé par un dispositif d'alarme qui produit un signal audible quand quelqu'un s'en appro- che à la porte. I1 est évident d'après ce qui précède que la présente in- vention fournit un dispositif commutateur de proximité qui comprend un moyen pour convertir une variation de capacité flottante entre une plaque d'électrode, c'est-à-dire un capteur, et un objet à dé- tecter en une variation de signal de fréquence, un moyen pour dé- tecter une approche de l'objet en réponse à l'atténuation du signal de fréquence, et un moyen pour brancher et débrancher alternative- ment un dispositif électrique chaque fois qu'un signal de sortie indiquant une détection de l'objet est produit. Le dispositif de la présente invention construit dans cette forme simplifiée a pour avantage de remplir une fonction de commutation fiable sans contact d'un dispositif électrique. 71908 REVENDICATIONS 1. Dispositif commutateur de proximité, caractérisé en ce qu'il comprend un moyen (1) pour convertir une variation de capacité flottante entre un capteur (1) constitué par une plaque d'électrode et un objet (2) à détecter en une variation de signal de fréquence; un moyen (3) pour détecter une approche de l'objet en réponse à l'atténuation du signal de fréquence; et un moyen (4,Tr, RL) pour brancher et débrancher alternativement un disposi- tif électrique (5) chaque fois qu'un signal de sortie indiquant une détection de l'objet est produit. 2. Dispositif commutateur de proximité selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur (31) pour produire un signal de fréquence constante (Fo); un réseau (32) connecté à une sortie de l'oscillateur et comportant un capteur (1) connecté à un point entre des résistances du réseau; un filtre pas- se-bande et un amplificateur (33) pour supprimer le bruit et ampli- fier la tension de sortie de RF du réseau; un détecteur (34) pour détecter le signal de sortie amplifié du filtre passe-bande et de l'amplificateur; un circuit de détection de fluctuation de tension (35) pour détecter une diminution du signal de tension détecté qui dépasse une limite présélectionnée; une bascule (4) qui change d'état en réponse à un signal de sortie du circuit de détection de fluctuation de tension; un élément de commutation (Tr) qui est rendu conducteur et bloqué en fonction d'un signal de sortie de la bascule; et un relais (RL) qui est excité quand l'élément de commutation est rendu conducteur pour exécuter le branchement du dispositif élec- trique (5). 3. Dispositif commutateur de proximité selon la revendica- tion 2, caractérisé en ce que le circuit de détection de fluctuation de tension (35) comprend un premier amplificateur (341) pour ampli- fier la tension de sortie du détecteur; un second amplificateur (342) pour amplifier la même tension de sortie en introduisant un certain retard; un comparateur (343) pour comparer les deux tensions de sortie amplifiées; et un circuit de décision (344) pour détermi- ner si la durée du signal de sortie du comparateur dépasse ou non une valeur présélectionnée.