Brevet FR2566119A1 — publié le 19851220

Procédé et dispositif de compensation de capacité parasite et de correction de température pour capteur de proximité L'invention concerne un procédé, et un dispositif de compensation de capacité parasite et de correction de température pour capteur de proximité, et notamment pour capteur inductif devant détecter une cible magnétique dans une zone de proximité définie, entre une limite cxtérieure précise et une limite intérieure non définie avec précision. Le cas se présente pour le contrdlc de la fermeture correcte de portes, par exemple, ou de trains d'atterrissage, dans les avions. Un tel capteur comporte par exemple une inductance dans le capteur proprement dit et une capacité renvoyée à distance sur la carte électronique qui porte le circuit de détection du franchissement par la cible de la limite extérieure de la zone de proximité. Entre le capteur proprement dit et la carte électronique est prévue une ligne de transmission qui présente une capacité parasite d'une valeur mal connue avant la mise en service. En outre, le circuit résonnant formé par l'inductance du capteur et la capacité renvoyée à la carte électronique, circuit dont la résistance est répartie, est soumis aux variations de température. L'wu des buts de la présente invention est d'assurer la compensation de la capacité parasite du capteur. Un autre but de l'invention est de prévoir la correction de l'influence des variations de température. L'invention a pour objet un dispositif de compensation de capacité parasite et de correction de température pour capteur de proximité dans lequel un circuit résonnant série est alimenté à une fréquence fixe par un oscillateur, ce circuit étant constitué d'une inductance placée dans le capteur et d'une capacité de mesure renvoyée près de la carte électronique au moyen d'une ligne longue, caractérisé en ce qu'il comporte une capacité de mesure susceptible d'être mise hors circuit par un interrupteur ; en parallèle sur cette capacité d'une part une capacité d'étalonnage, et d'autre part, une résistance susceptible d'être mise hors circuit par un interrupteur ; et en parallèle sur la ligne, une capacité de compensation réglable. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - la capacité de compensation-est réglée de telle sorte que la somme de ladite capacité de compensation et de la capacité parasite soit égale à la capacité d'étalonnage - l'oscillateur alimente un pont de deux résistances identiques dont le point milieu est relié à une entrée d'un amplificateur différentiel dont l'autre entrée est reliée au point commun à la capacité de mesure et à la ligne - l'amplificateur différentiel alimente un convertisseur analogique-numérique qui transmet les écarts mesurés à des mémoires alimentant un sommateur qui commande le réglage de la capacité de compensation. L'invention a également pour objet un procédé de correction de capacité parasite et de température pour capteur de proximité, caractérisé par les étapes suivantes - on effectue un premier tarage, à une fréquence environ dix fois supérieure à ladite fréquence fixe du circuit résonnant pour définir une premiere valeur de la capacité de compensation, afin de compenser les effets de la capacité parasite - on effectue un deuxième tarage, en courant continu, pour définir une deuxième valeur de la capacité de compensation pour corriger les effets de température - on fait la somme algébrique des deux valeurs pour définir la valeur de la capacité de compensation à utiliser. D'autres caractéristiques ressortiront de la description qui suit faite avec référence au dessin annexé sur lequel on peut voir - Figure 1 - un schéma symbolique simplifié d'un capteur de proximité de type connu présentant une capacité parasite mal connue, et soumis aux variations de température. - Figure 2 -- un schéma symbolique simplifié d'un capteur de proximité équipé du dispositif de compensation de capacité parasite et de correction de température selon l'invention. En se reportant au dessin, on voit (figure 1) un capteur inductif 1 muni d'une inductance 2 et d'une armature 3, contrôlant la position d'une cible magnétique 4 susceptible de se rapprocher pour franchir la limite extérieure 5 de la zone de proximité définie. Ce capteur 3 est relié à une carte électronique 7 éloignée, par une ligne 6 qui peut avoir plusieurs dizaines de mètres. A l'entrée de la carte électronique 7 se trouve la capacité 8 qui constitue, avec l'inductance 2, le circuit résonnant série du capteur. Le circuit de la figure 1 permet de détecter si la tension est en avance ou en retard par rapport au courant. Un osillateur 9 alimente, en oscillations sinusoidales de fréquence ce stable voisine de I kHz et d'amplitude constante un circuit de pilotage de la ligne 6 constitué d'un amplificateur opérationnel 10 à résistance 11 de contre-réactin. Lorsque la cible est à la limite extérieure de la zone de détection, le circuit résonnant est accordé sur la fréquence fixe définie par l'oscillateur 9. Lorsque la cible 4 franchit la ladite 5 de la zone de proximité définie, le déphasage de la tension aux bornes du circuit résonnant, par rapport au courant qui le traverse, change de signe. Le comparateur 14 reçoit sur une entrée le signal de sortie de l'amplificateur 10 et sur l'autre le signal d'alimentation du capteur. Il détecte le passage par zéro dans le sens montant du courant dans le circuit résonnant 2-8 du capteur. Le comparateur 12 reçoit sur une entrée le signal d'alimentation du capteur et sur l'autre entrée une tension de référence 13. il détecte le passage par zéro dans le sens montant de la tension d'alimentation du circuit résonnant 2-8 du capteur. Enfin le circuit comparateur de phase 15 délivre à sa sortie 16 un signal logique correspondant au signe du déphasage de la tension par rapport au courant dans le circuit résonnant 2-8 du capteur. Le circuit de la figure 1 présente une capacité parasite symbolisée en 17 et reste soumis à l'influence des variations de température qui font varier l'impédance du circuit résonnant série. Pour le problème de la capacité parasite, il faut remarquer que l'amplificateur opérationnel 10 se comporte comme un générateur de tension avec une résistance interne pratiquement nulle. Du point de vue alternatif, la capacité 8 de mesure se trouve donc pratiquement reliée à la masse, et les deux capacités 8 de mesure, et 17 parasite, se trouvent en parallèle. Dans le circuit résonnant 2-8, la capacité effective se trouve ainsi être la somme de la capacité de mesure (Cm) et de la capacité parasite (Cp).Dans la somme (Cm + Cp) on peut s'affranchir du fait que la valeur de Cp est mal connue, soit en augmentant Cm, pour rendre Cp négligeable, ce qui ne va pas sans inconvénients pratiques, soit en amenant Cp artificiellement à une valeur bien définie. A cet effet, selon l'invention, on dispose en parallèle sur la ligne 6 (figure 2), une capacité 18 de compensation (Cc) qui est réglable, de façon à disposer d'une capacité additionnelle (Cp + Cc) qui soit constante et de valeur définie (Ce). On prend une capacité d'étalonnage 19-de valeur Ce, et on la monte en parallèle sur la capacité de mesure 8 qui est elle-même montée en série avec un interrupteur 20. On fait un tarage avant la mesure, avec seulement la capacité 19 d'étalonnage (Ce) la capacité de mesure 8 étant hors circuit (interrupteur 20 ouvert). Pour faire ce tarage, on utilise une fréquence environ 10 fois plus élevée que la fréquence de mesure qui correspond à la fréquence de résonance du circuit 2-8 lorsque la cible 4 est à- la limite 5 de la zone de proximité. Dans ces conditions, l'impédance de l'inductance 2 est très grande devant celle des capacités 17 et 18 (Cp + Cc) et, dans la pratique, on peut la considérer comme infinie.Tout se passe comme si l'oscillateur 9 alimentait, par l'intermédiaire de l'amplificateur opérationnel 10, un pont diviseur capacitif composé d'une part de la capacité 19 d'étalonnage (Ce), d'autre part de la somme des deux capacités 17 et 18 en parallèle (Cp + Cc). Le point milieu 21 de ce diviseur est appliqué à une entrée d'un amplificateur différentiel 22. L'autre entrée de l'amplificateur 22 est reliée au point milieu d'un pont diviseur constitué de deux résistances égales entre elles 23 et 24, ce pont étant alimenté également par l'oscillateur 9. Ainsi, on règle la capacité 18, de compensation (Cc) pour être juste à l'équilibre, et on a dans ces conditions : (Cp + Cc) = Ce. On peut ensuite brancher la capacité de mesure 8 et faire la mesure en étant affranchi de l'influence de la capacité 17 parasite (cl1. Pour le problème de la correction de température, on fait un tarage en courant continu. A cet effet, on dispose en parallèle sur la capacité 8, une résistance 25 en série avec un interrupteur 26. Les capacités n intervenant pas en courant continu, l'oscillateur 9 alimente, par l'intermédiaire de l'amplificateur opérationnel 10, un pont constitué par la résistance 25 et la résistance ohmique propre de l'inductance 2. (La résistance ohmique de la ligne 6 est faible devant celle de l'inductance 2).Le point milieu 21 de ce pont est relié à une entrée de l'amplificateur différentiel 22 dont l'autre entrée est reliée au point milieu du pont de résistances 23, 24. On détermine la correction de valeur qu'il faut apporter à (Cc) pour tenir compte de la température.Ainsi, à partir d'un même schéma, au moyen de deux tarages successifs, on peut à la fois compenser l'influence de la capacité parasite et corriger celle de la température. Le schéma de la figure 2 illustre cette solution. La sortie de l'amplificateur différentiel 22 alimente un convertisseur analogique-numérique 27à deux voies de sortie l'une pour la compensation de capacité parasite, l'autre pour la correction de température. Chacune de ces voies comprend une mémoire 28, 29, respectivement, et une matrice de conversion 30, 31, respectivement. Elles aboutissent à un sommateur 32 qui additionne algébriquement les deux valeurs de la capacité (Cc) pour assurer la compensation de capacité parasite et la correction de température, de façon automatique, par réglage de la valeur de la capacité 18 de compensation (Cc). Le circuit comprend encore une horloge 33 qui adresse des impulsions de commande à l'oscillateur 9 et des impulsions d'autorisation à une porte ET 34 placée entre le comparateur 14 et le circuit comparateur de phase 15. Le procédé de fonctionnement du circuit est le suivant :on constitue un pont de deux résistances 23, 24 alimenté par l'oscillateur 9 pour définir un point milieu de référence : on monte en parallèle sur la ligne 6 une capacité 18 de compensation réglable automatiquement ; on constitue un pont capacitif d'étalonnage avec une capacité 19 d'étalonnage d'une part, et la somme de la capacité parasite 17 et de la capacité 18 de correction d'autre part : on fait un premier tarage à une fréquence de l'ordre de 10 fois la fréquence de mesure du circuit oscillant 2-8 du capteur, et on met en mémoire 28 une première valeur de la capacité 18 de compensation pour éliminer l'influence de la capacité parasite ; on fait un deuxième tarage en courant continu d'un circuit constitué d'une résistance 25 en parallèle sur la capacité de mesure 8, et de la résistance ohmique de l'inductance 2 du capteur, et on met en mémoire 29 une deuxième valeur de la capacité 18 de compensation pour éliminer l'influence de la température ; on ajoute algébriquement les deux valeurs relevées et on applique à la capacité 18 de compensation la valeur résultante, de façon à être affranchi de la capacité parasite et de la température ; et on effectue les mesures de déphasage avec la capacité de mesure en circuit, à la fréquence de mesure du circuit oscillant. Les mesures de déphasage sont faites après quelques oscillations, une dizaine par exemple, de façon que l'état du circuit oscillant soit stationnaire. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Dispositif de compensation de capacité parasite et de correction de température pour capteur de proximité dans lequel un circuit résonnant série est alimenté une fréquence fixe par un oscillateur, ce circuit étant constitué d'une inductance placée dans le capteur et d'une capacité de mesure renvoyée près de la carte électronique au moyen d'une ligne longue, caractérisé en ce qu'il comporte une capacite de mesure (8) susceptible d'être mise hors circuit par un interrupteur (20) ; en parallèle sur cette capacité (8), d'une part une capacité d'étalonnage (19), et d'autre part une résistance (25) susceptible d'être mise hors circuit par un interrupteur (26) ; et en parallèle sur la ligne (6), une capacité de compensation (18), réglable. 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que la capacité de compensation (18) est réglée de telle sorte que la somme de ladite capacité de compensation (18) et de la capacité parasite (173 soit égale à la capacité d'étalonnage (19). 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'oscillateur (9) alimente un pont de deux résistances identiques (23, 24) dont le point milieu est relié à une entrée d'un amplificateur différentiel (22) dont l'autre entrée est reliée au point commun à la capacité de mesure (8) et à la ligne (6). 4. - Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'amplificateur différentiel (22) alimente un convertisseur analogique-numérique (27) qui transmet les écarts mesurés à des mémoires (28, 29) alimentant un sommateur (32) qui commande le réglage de la capacité de compensation (18). 5. - Procédé de correction de capacité parasite et de température pour capteur de proximité équipé du dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé par les étapes suivantes - on effectue un premier tarage, à une fréquence environ dix fois supérieure à ladite fréquence fixe du circuit résonnant (2-8) pour définir une première valeur de la capacité de compensation (18) afin de compenser les effets de la capacité parasite ; - on effectue un deuxième tarage, en courant continu, pour définir une deuxième valeur de la capacité de compensation (18) pour corriger les effets de température ; - on fait la somme algébrique des deux valeurs pour définir la valeur de la capacité de compensation (18) à utiliser.