Brevet FR2562359A1 — publié le 19851004

"Dispositif de commutation optique, et appareil pour sa mise en oeuvre L'invention concerne le domaine des interrupteurs, et plus généralement des dispositifs de commutation. Elle présente un dispositif de commutation utilisant des éléments optiques. L'art antérieur comprend de très nombreux dispositifsde commutation, commandés par un opérateur, et destinés à commander sélectivement une pluralité de charges, comme on peut en trouver dans les installations domestiques ou dans les automobiles. Par exemple, dans le cas d'un dispositif de commande à commutation directe, un commutateur est prévu pour la commande directe de chacune des charges. Dans ce type de dispositif, le courant de charge total traverse chacun des commutateurs, ce qui nécessite d'utiliser des commutateurs et un câblage de forte puissance. De plus, ce type de dispositif possède des risques quant à la sécurité dans la mesure où en cas de défaillance du commutateur, 1'op6- reur est susceptible de recevoir un choc électrique. Un autre type de dispositif de commutation est la matrice de commutation électrique, qui utilise des signaux basse tension, en partage de temps, sur une série de lignes, pour coder les entrées de commutation. Le fonctionnement en basse tension rend la matrice sensible au bruit électromagnétique, et le diagramme de codage à lignes multiples exige un grand nombre de commandes et d'entrées, et un important câblage. En conséquence, un objet de la présente invention est de fournir un dispositif de commutation perfec tionné, qui ne soit pas sujet au déficiences et aux inconv6- nients des dispositifs de l'art antérieur, et plus particu librement qui ne soit pas sensible an bruit électromagnétique et ne présente pas un risque d'6lectrocution vis à vis de l'opérateur. Avec l'apparition de la commande des installations par microordînateurs, on peut obtenir une très grande flexibilité. Toutefois l'utilisation de microordinateurs impose certaines contraintes. Par exemple, le nombre d'entrées vers un microordinateur est limité. De m & e, les signaux introduits dans un microordinateur doivent etre numériquesf par nature. C'est en conséquence un autre objet de la présente invention que de fournir un dispositif de commutation qui soit compatible à une utilisation avec un microordinateur, et qui ne nécessite qu'une seule entrée vers le microordinateur, cette entrée étant sous forme numérique. De plus, dans une automobile ayant un grand nombre de dispositifs à commande électrique, comme le verrouillage des portières, la manoeuvre des glaces, l'ouverture du coffre, etc., la portière du conducteur ou le tableau de bord peuvent comporter un grand nombre d'interrupteurs. Il serait souhaitable de réduire ou de limiter le nombre de fils de câblage connectés à la portière ou au tableau de bord. Ainsi, les automobiles utilisent de plus en plus de microordinateurs, ce qui correspond aux mimes objectifs énumérés ci-dessus. Selon l'invention, les objets mentionnés précédemment, ainsi que d'autres objets,sont atteints au moyen d'un dispositif de commutation optique caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière; des moyens photosensibles fournissant un signal représentatif de la quantité de lumière qu'ils reçoivent; des moyens d'acheminement du faisceau lumineux entre ladite source de lumière et lesdits moyens photosensibles; une pluralité d'éléments d'interruption, comportant chacun un mécanisme de manoeuvre, ainsi qu'un élément formant écran connecté audit mécanisme de manoeuvre et entraSné par ledit mouvement du mécanisme selon un trajet interceptant transversalement le faisceau lumineux, chacun desdits élémentS formant écran étant marqué par une configuration originale de zones interrompant sélectivement la transmission de lumière dudit faisceau lumineux lorsque lesdits éléments formant écran intercepteht ledit faisceau lumineux; et des moyens d'utilisation dudit signal pour déterminer l'état de chacun desdits éléments d'interruption. Selon une caractéristique avantageuse de l'inven- tion, les moyens d'acheminement de la lumière comprennent un guide de lumière à fibre optique, présentant au moins une eou pure,à travers laquelle les éléments formant écran peuvent entre sélectivement déplacés. Suivant une autre caractéristique de l'invention, chacun des éléments formant écran comprend un substrat transparent, portant une configuration codée de bandes opaques pa- rallèles, les bandes s'étendant transversalement à la direction de déplacement de l'élément formant écran vers le faisceau lumineux. L'invention concerne également un appareil pour la mise en oeuvre du dispositif considéré, caractérisé en ce qu'il comprend un bottier; un premier conduit traversant ledit bottier; une pluralité d'éléments d'interruption, comportant chacun un mécanisme de manoeuvre, et un élément formant écran, connecté audit mécanisme de manoeuvre, et entraîné en mouvement avec ledit mécanisme selon un trajet interceptant transversalement ledit premier canal, chacun desdits éléments formant écran étant repéré par une configuration originale de zones interrompant sélective- mcnt la transmission delumière le long dudit premier conduit lorsque ledit écran intercepte ledit conduit; une pluralité de conduits secondaires réalisés dans ledit bottier, chacun desdits conduits secondaires croisant ledit premier conduit, et étant dimensionné pour reçevoir et guider un élément formant écran à travers l'intersection dudit conduit secondaire avec ledit premier conduit; des moyens de connexion d'une source de lumière a une première extrémité dudit premier conduit; et enfin, des moyens de connexion d'un détecteur de lumière à une seconde ex- trémité dudit premier conduit. D'autres caractéristiques et avantages de 1inven- tion apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention, ainsi que des dessins annexés, dans lesquels les mêmes chiffres de référence désignent les mêmes éléments :: - la q ;, 1 représente un diagramme synoptique schématique d'un sys e e comprenant un dispositif de commutation selon 1 1invention; - la Fig. 2 représente une vue en plan d'un mode de réalisation d'un dispositif de commutation construit selon les principes de l'invention; - la Fig. 3 représente une vue, en section partielle, correspondant sensiblement à la coupe 3-3 de la figure 2; - la Fig. 4 est une vue de détail d'une partie du dispositif représenté en figures 2 et 3, selon la ligne 4-4 de la figure 3; - la Fig. 5 est une vue agrandie représentant un détail d'un élément formant écran du dispositif représenté en figures 2,3 et 4. Si l'on se réfère aux dessins, la figure 1 représente schématiquement, à titre d'illustration, un système permettant de décrire les principes de la présente invention. Ce système comprend une unité de commande 10 avec microordinateur, pour commander une pluralité de charges 12 en fonction d'un programme stocké dans le microordinateur 14, ceci à travers une pluralité de relais 16. Ce système peut autre par exemple, une machine à laver la vaisselle, dans laquelle les charges 12 correspondent aux différents composants opérationnels de la machine, tels que la vannede remplissage, le dispositif d'alimentation en lessive, la pompe de vidange, etc, ces éléments étant commandés en fonction d'un programme stocké à l'intérieur du microordinateur 14, et en fonction du cycle de fonctionnement sélectionné par l'opérateur. Selon une autre application, le système peut être destiné à commander des charges individuelles dans une automobile. La commande du système représenté en figure 1, par un opérateur, est réalisée au moyen d'un dispositif de commutation 18, couplée au microordinateur 14. Dans sa forme la plus simple, le dispositif de commutation 18 comprend une source de lumière 20, un détecteur de lumière 22, et des moyens d'acheminement d'un faisceau lumineux entre la source de -w'iière 20 et le détecteur de lumière 22, De manière préférentielle, ces moyens d'acheminement du faisceau lumineux comprennent un guide 24 de lumière à fibre optique. Le guide de lumière 24 est discontinu en un certain nombre d'endroits, afin de présenter une pluralité de coupures.Chacune de ces coupures correspond à un élément d'interruption commandable par l'o- pérateur. Chacun des éléments d'interruption comprend un mécanisme de manoeuvre 26, et un élément 28 formant écran, couplé au mécanisme de manoeuvre 26, afin d'être entrané en mouvement. Les éléments d'interruption sont disposés de telle manière que lorsque l'opérateur déplace l'un des mécanismes de manoeuvre 26, l'élément formant écran 28 qui lui correspond se déplace suivant un trajet traversant la coupure correspondante du guide 24 de lumière à fibre optique. Chacun des éléments 28 formant écran est marqué par une configuration originale de zones, qui interceptent sélectivement la lumière émise par la source 20, lorsque l'écran 28 se déplace dans la coupure. Le détecteur de lumière 22 produit alors un signal constituant l'entrée vers le microordinateur 14, ledit signal étant numérique par nature, et fournissant une signature unique correspondant à l'un des éléments 28 formant écran qui a été déplacé. Le microordinateur 14 utilise ce signal pour déterminer l'état des éléments d'interruption. On peut noter, à partir du dispositif représenté en figure 1, que les éléments d'interruption sont disposés de telle façon que le guide de lumière 24 à fibre optique les connecte tous en série. Avec ce dispositif, il n e est nécessaire de disposer que d'une seule source de lumière 20 pour fournir la lumière, et un seul détecteur de lumière 22 suffira à lire tous les codes d'interruption. Le code lu par le détecteur de lumière 22, et fourni au microordinateur 14 contient trois éléments d'information à l'usage du microordinateur 14. Le premier élément d'information est un code unique de l'élément d'interruption commandé, qui permet de l'identifier des autres. te code contient également des informations en ce qui concerne la direction dans laquelle l'écran se déplace.Le microordinateur 14 peut utiliser cette information pour évaluer, Si nécessaire, combien de temps l'interruption est maintenue. Le dernier élément d'information estla vitesse à laquelle l'écran traverse la coupure. Le microordinateur 14 utilise cette information de vitesse pour lire le code. Un seul des éléments d'interruption peut être actionné à un moment donné, le microordinateur 14 étant configuré pour détecter et ignorer les entrées multiples. Les figures 2 à 5 montrent un appareil permettant de mettre en oeuvre, à titre d'illustration, le dispositif de commutation 18 de la figure 1. Le dispositif de commutation illustré dans les figures 2 à 5 comprend neuf éléments d'interruption, bien qu'il soit clair qu'un nombre quelconque plus faible ou plus élevé d'eldments puisse être envisagé. Le dispositif de commutation comprend un bottier, qui est composé de quatre blocs 30,32,34 et 36. Les blocs 30 à 36 sont fixés l'un à l'autre au moyen d'écrous40 coopérant avec des tiges filetées 38 traversant des perçages alignés pratiqués à travers les blocs 30 à 36, et contre-alésés dans les blocs 30 et 36. Les blocs 30 à 36 compor- tent des rainures ouvertes, ou encore conduits 42, qui sont fermés au moyen de la plaque 44 du bottier.Les blocs 30,32 et 34 comportent également des conduits 46 fraisés, qui sont fermés par les parois accolées des blocs 32,34 et 36. Ces conduits 46 croisent les conduits 42 et sont dimensionnés pour recevoir les élé- ments formant écran, comme décrit de manière détaillée ci-dessous. La plaque 44 du bottier est pourvue d'orifices 48 qui sont le prolongement des conduits 46. La plaque 44 est fixée au bloc 30 et 36 au moyen des extrémités filetées des entretoises 50 exagonales de support, auxquelles est fixée à son tour une plaque de base 52. Chacun des éléments dtinterruption comprend une tige de commande, présentant une portion de tête plate 54, montée sur une tige à épaulement, filetée à l'extrémité opposée à la portion de tête 54. La tige 56 est montée dans un orifice 58 percé dans le bottier, l'orifice 58 étant dimensionné pour recevoir la partie la plus large de la tige 56. La partie la plus étroite de la tige 56 traverse une ouverture 60 de dimension adaptée, pratiquée dans la pique 44 du bottier. Un ressort de compression 62 entoure la portion la plus petite de la tige 56, et est en appui antre la plaque 44 du bottier et l'é- paulement de la tigc 56, afin de repousser élastiquement la portion de tête 54 par rapport au bottier. Un bloc d'action nement 64 est monté sur la tige 56.Ceci est réalisé en pratiquant un perçage partiellement taraudé traversant le bloc 64 auquel la tige 56 est fixée, un écrou 66 étant vissé à l'extrémité de la tige 56 saillant hors du bloc 64. Une goupille de centrage 68 montée à force dans un orifice correspondant du bloc 64 vient se loger dans un orifice 70 légère- ment surdimensionné pratiqué dans le bottier, après avoir traversé un perçage de la plaque 44. La goupille de centrage assure le guidage du bloc d'actionnement 64 et l'empêche de tourner lorsqu'il se déplace avec la tige 56. Un élément 72 formant écran est monté sur chacun des blocs d'actionnement 64. L'élément 72 formant écran est constitué sous forme d'un substrat transparent généralement rectangulaire, par exemple du mylar portant une configuration unique de barres opaques, certaines étant étroites et certaines larges.Ces barres fournissent un code correspondant à chaque élément d'interruption individuel. Chacun des blocs d'actionnement 64 comporte un conduit 74 dans lequel l'élément 72 formant écran est monté, par exemple au moyen d'une vis 76 et d'un écrou 78 traversant des perçages alignés pratiqués dans le bloc d'actionnement 64 et l'élément formant écran 72. Pour l'acheminement de la lu mière entre une source de lumière et un détecteur de lumière, on utilise un guide de lumière à fibre optique. Ce guide de lumière à fibre optique est monté à l'intérieur du conduit 42 et forme des boucles, comme représenté en figure 2, afin de constituer un chemin de lumière unique traversant en série tous les éléments 72 formant écran. Le guide de lumière 80 à fibre optique est interrompu pour former des coupures par exemple d'une large z de o, 38 millimètre, au niveau des con duits 46 daa lesqrffl se déplacent les éléments 72 dormant écran, Lorscr"l in opérateur désire actionner un élément d'interruption particulier, la tête 54 de la tige d'aceionne- ment 56 est pressée en direction du bottier. Ceci entratne le déplacement vers le bas du bloc 64 portant l'élément 72 formant écran, comme représenté en figure 3.Comme on peut le voir sur l'élément d'interruption situé le plus à droite sur la figure 3, dans la position repos le e guide de lumière 80 à fibre optique est situé à côté d'une portion "claire" de l'élément 72 formant écran, ce qui permet à la lumière de poursuivre son cheminement le long du guide de lumière 80. Lorsque l'élément 72 formant écran est déplacé -vers le bas, la configuration de barres opaques traverse la coupure correspondante du guide de lu- mièvre 80, ce qui entratne la production d'un signal configuré unique généré à la sortie de détecteur de lumière, et correspondant à cet élément d'interruption particulier.Lorsque la tige d'actionnement 56 est déplace vers le bas, le ressort 62 est comprimé, et lorsquel'opérateur relâche la pression, l'élément d'interruption retourne à sa position repos. Comme illustré par l'élément d'interruption situé au milieu de la figure 3, le déplacement complet de la tige d'actionnement 56 entra$ne que la totalité de la configuration des éléments 72 formant écran est passéedevant le guide de lumière 80. En conséquence, le dispositif de commutation optique décrit présente un grand nombre d'avantages. Ce dispositif n'est pas sensible au bruit électromagnétique, puisque le canal de transmission transmet de l'énergie lumineuse. sJne boucle de fibre optique unique est utilisée sour émettre et recevoir les signaux de plusieurs interrupteure. En conséquence, on n'a besoin que d'une seule entrée d'ordinateur pour "lire" plusieurs interrupteurs. Le signal lumineux est digital par nature, et n'est donc pas sensible à des modifications mineures des composants, tout en étant directement compatible avce l'ordinateur.Lors d'une reprogrammation de l'ordinateur, le fonctionnement d'un des interrupteurs on commutateurs peut être changé, par exemple pour fournir une action alternée à la place d'une action momentante, ou sa fonction dans le système peut être modifiée. Comme l'électrici.é n'intervient pas dans les éléments d'interruption, il n'y a aucun danger d'électrocution. il est clair que la description précédente concerne un mode de réalisation préférentiel de l'invention, donné à titre d'illustration, mais que la présente demande vise à protéger toutes les variantes envisageables sans se départir de l'esprit de l'invention. A titre d'exemple, un autre mode de réalisation peut comprendre des commutateurs qui ne sont pas à boutons-pous- soirs mais par exemple des contacteurs de fin de course, des interrupteurs rapides, ou encore des codeurs de position De même, les fibres optiques peuvent autre multipliées puis réunies de façon qu'une seule source et un seul détecteur puissent être reliéspar des chemins à fibres multiples Enfin, bien que leexem- ple pris concerne la transmission de lumière, la conception du système peut être modifiée de façon que la lumière émanant de la fibre source soit réfléchie ou non dans la fibre détecteur, plutôt que transmise ou bloquée comme dans le cas décrit. REVENDICATIONS 10) Dispositif de commutation optique caractérisé en ce qu'il comprend une source de lumière (20); des moyens photosensibles (22) fournissant un signal représentatif de la quantité de lumière qu'ils reçoivent; des moyens (24) d'acheminement du faisceau lumineux entre ladite source de lumière t20) et lesdits moyens photosensibles (22); une pluralité d'éléments d'interruption, comportant chacun un mécanisme de manoeuvre (26), ainsi qu'un élément (28) formant écran connecté audit mécanisme de manoeuvre (26) et entraîné par ledit mouvement du mécanisme (26) selon un trajet interceptant transversalement le faisceau lumineux, chacun desdits éléments (28) formant écran étant mar que par une configuration originale de zones interrompant sé lectivement la transmission de lumière dudit faisceau lumineux lorsque lesdits éléments formant écran (28) interceptent ledit faisceau lumineux; et des moyens (14) d'utilisation dudit signal pour déterminer l'état de chacun desdits éléments d'interruption. 20) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens d'acheminement du faisceau lumineux comprennent un guide de lumière (24) à fibre optique présentant au moins une coupure, à travers laquelle lesdits éléments (28) formant écran sont sélectivement déplaçables. 30) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que chacun desdits éléments (28) formant écran comporte un substrat transparent présentant une configuration codée de bandes opaques parallèles, lesdites bandes s'étendant transversalement à la direction de déplacement des pièces (28) formant écran vers ledit faisceau. 40) Appareil pour la mise en oeuvre du dispositif de commutation optique selon 1Xune quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend - un bottier (30,32,34,36); - un premier conduit (42) traversant ledit bottier; - une pluralité d'éléments d'interruption, comportant chacun un mécanisme de manoeuvre (64), et un élément (72) formant écran, connecté andit mécanisme de manoeuvre (64), et entraîné en mouvement avec ledit mécanisme selon un trajet interceptant transversalement ledit premier canal (42), chacun desdits éléments (72) formant écran étant marqué par une configuration originale de zones interrompant sélectivement la transmission de lumière le long dudit premier conduit (42) lorsque ledit écran (72) intercepte ledit conduit (42);; - une pluralité de conduits secondaires (46) réalisés dans ledit boîtier, chacun desdits conduits secondaires (46) croisant ledit premier conduit (42), et étant dimensionné pour reçevoir et guider un élément (72) formant écran à travers l' intersection dudit conduit secondaire avec ledit premier conduit; - des moyens de connexion d'une source de lumière à une première extrémité dudit premier conduit (42); et des moyens de connexion d'un détecteur de lumière à une seconde extrémité dudit premier conduit (42). 5 ) Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'il comprend une fibre optique (80) à l'intérieur dudit p@emier conduit (42), ladite fibre (80) présentant une pluralité d@ soupures, disposéce chacune à l'intersection de l'un desdits co@@u@ts secondaires (46) avec ledit premier conduit (42). 6 ) Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que chacun desdits éléments (72) formant écran comprend en aubstuat transparent portant une configuration codée de bandes opaques parallèles, lesdites bandes s'étendant transversalement à la dire@tion de déplacement de l'élément (72) formant écran à @'intérierx @u @anal secondaire correspondant. 7 ) Appareil selon la revendication 6, caractérisé en es que chacun desdits méconismes de manoeuvre (64) comprend @@ @@oc des movens pour le montage dudit élément (72) formant @@@an @@@ ledit bloc, un organe de manoeuvre accessible à l'o @@@@@@@ conu@ecté audit blce. et déplacable par rapport audit @@@@@@ le telle façon que l'élément (72) formant écran soit @@@@@@@ @@@@ @uvement @elong du conduit secondaire (46) qui lui co@@@@@@@ @@ @sque ledit @@@me est déplacé par un opérateur, er des moyens de reop@ @lastique dudit organe dans une direc @ion donnée