Brevet FR2574561A1 — publié le 19860613

Capteur de proximité à détection proportionnelle L'invention concerne un capteur de proximité à détection proportionnelle. Pour détecter la présence d'une cible dans,une zone de proximité, il est connu d'utiliser des capteurs de proximité donnant une tension proportionnelle à la distance de la cible au capteur. Ces capteurs présentent plusieurs inconvénients leur tension de sortie est sensiblement proportionnelle à la tension d'alimentation ; ils nécessitent un fil de masse, un fil d'alimentation et un fil de mesure ; ils délivrent des signaux analogiques. L'un des buts de la présente invention est de proposer un capteur de proximité qui évite les inconvénients précédents en comportant deux fils seulement et en délivrant un signal de sortie sous forme d'impulsions de fréquence variable. L'invention a pour objet un capteur de proximité à détection proportionnelle pour la détection drune cible, caractérisé en ce qutil comporte t un circuit oscillant à oscilla- tions soumises à amortissement en présence de la cible; un circuit qui relance les oscillations par un apport d'énergie dans le circuit oscillant lorsque l'amplitude des oscillations tombe en-dessous d'un seuil prédéterminé ; et une ligne de liaison constituée d'un fil de masse et dtun fil assurant à la fois l'alimentation du capteur en tension continue et la transmission des signaux représentant le résultat de la mesure sous forme d'impulsions identiques de fréquence variable. Selon d'autres caractéristiques de l'invention - le circuit de relance des oscillations est un circuit dont la résistance interne tombe brutalement au moment où l'amplitude des oscillations tombe en dessous du seuil prédéterminé; - le circuit porte en parallèle un condensateur pour assurer les appels de courant du circuit lors de ses chutes de résistance interne - sur le fil d'alimentation est prévu un transistor dont la base est reliée au point milieu d'un circuit, constitué d'une résistance et d'un condensateur et monté en parallèle sur le transistor, fonctionnant en générateur de courant amorti, de façon à transmettre des impulsions sans front raide; - la fréquence des impulsions transmises est fonction de la distance de la cible au capteur;; - en l'absence de la cible, la fréquence des impulsions a une valeur faible, permettant par sa présence de vérifier le bon fonctionnement du capteur. D'autres caractéristiques de l'invention ressortent de la description qui suit faite avec référence au dessin annexé que lequel on peut voir - Figure 1 - un schéma symbolique de principe d'un capteur de proximité selon l'invention - Figure 2 - un schéma symbolique simplifié d'un exemple de réalisation d'un capteur de proximité selon l'invention; - Figure 3 - un exemple de courbes représentatives de la fréquence du signal de sortie en fonction de la distance de la cible par rapport à l'armature du capteur, selon l'invention. En se reportant à la figure 1, on voit que le capteur 21 selon l'invention observe une cible 20 dont la distance au capteur est susceptible de variations.-Le capteur 21 est relié à un appareil de mesure ou à un circuit électronique de traitement symbolisé par sa borne d'entrée 23, par une ligne à deux fils 24 et 25. Le fil 24 est relié à la tension d'alimentation 26 par l'intermédiaire d'une résistance 27, et à la borne 23 par l'intermédiaire d'un condensateur 28 ne laissant passer que les signaux non continus. Le fil 25 est relié à la masse directement ou par l'intermédiaire d'une résistance la somme de cette résistance et de la résistance 27 doit être assez faible pour laisser le capteur 21 sous une tension suffisante pour assurer son fonctionnement normal. Le capteur 21 est représenté plus en détail sur la figure 2 dans un mode de réalisation pris à titre d'exemple. il comprend essentiellement un capteur de proximité inductif, avec une armature 10, une inductance 11 et un condensateur 12, constituant un oscillateur dont les oscillations- sont entretenues par un circuit intégré 13 qui est par exemple le circuit dénommé TDA 161 de THOMPSON. L-'oscillateur 11-12 est alimenté par les bornes 3 et 7 du circuit 13. Entre les bornes 2 et 4 de ce circuit 13 est branchée une résistance variable 14. La borne 2 est également reliée, par l'intermédiaire d'une résistance 15 et d'un condensateur 16 en parallèle, au collecteur d'un transistor 17 dont l'émetteur est relié au fil 25 de la ligne. La borne 6 du circuit intégré 13 est reliée 'd'une part à la base du transistor 17, d'autre part, par l'intermédiaire d'une résistance 18, au fil 25 de la ligne et à l'émetteur du transistor. La borne 1 du circuit intégré 13 est reliée d'une part à un condensateur 19, d'autre part au collecteur d'un transistor 30 dont l'émetteur est relié au fil 24 de la ligne. Le condensateur 19 est monté entre la borne 1 du circuit intégré 13 et le fil 25 de la ligne, qui est relié à la masse. Entre le collecteur et la base du transistor 30 est branchée une résistance 31 ; entre l'émetteur et la base du même transistor 30 est branché un condensateur 32. Le fonctionnement du capteur s'analyse de la manière suivante : lorsque la cible 20 se rapproche du capteur 21, les pertes par courant de Foucault dans la cible augmentent et consomment de l'énergie. L'oscillateur 11-12 du capteur fournit cette énergie, ce qui entraîne pour lui un amortissement de l'amplitude de ses oscillations, qui va diminuer jusqu'à dépasser un seuil relativement bas et qui peut être égal à zéro. Lorsque ce seuil bas est atteint, on cree un déséquilibre, par un apport d'énergie extérieure qui relance les oscillations. On détecte alors le fait que les oscillations reprennent et on émet une impulsion. Lorsque la cible se rapproche, les pertes par courant de Foucault y deviennent plus importantes, l'amortissement devient plus important, et on fait redémarrer les oscillations à des intervalles de temps de plus en plus courts. La fréquence des impulsions augmente alors que la distance de la cible au capteur diminue. Si le seuil d'amplitude est fixé à zéro, la fréquence des impulsions est faible et le circuit est à réponse lente. Si, au contraire, le seuil est fixé à une valeur relativement élevée de l'amplitude des oscillations amorties, alors la fréquence des impulsions est plus élevée et le circuit est à réponse rapide. On peut ainsi, par exemple, suivre les vibrations d'une cible. La fréquence des impulsions augmentant lorsque la cible se rapproche du capteur, on obtient des courbes représentatives de la fréquence en fonction de la distance comme celles de la figure 3, qui sont fonction de la nature du métal constitutif de la cible (aluminium pour la courbe A, fer pour la courbe B). il faut remarquer que si, en l'absence de cible, on maintient une fréquence faible des impulsions, on peut ainsi vérifier en permanence le bon fonctionnement de l'oscillateur, avec une courbe représentative décalée vers la droite (courbe C, Figure 3). Dans l'exemple de réalisation de la figure 2, le fonctionnement est le suivant : l'oscillateur 11-12 est entretenu par le circuit 13, qui assure également la détection de la présence d'oscillations. La résistance variable 14 permet de régler l'énergie apportée au circuit oscillant pour définir la distance de la amble correspondant à l'arrêt des oscillations. Autrement dit, la résistance variable 14 permet de régler la distance de la cible pour laquelle on a une fréquence nulle sur les courbes A ou B, de la figure 3, ou la fréquence de repos correspondant à l'absence de la cible pour le cas de la courbe C. Lorsque l'amplitude des oscillations atteint le seuil, le circuit intégré 13 constate la disparition des oscillations, il change de consommation dans de fortes proportions. Ainsi, par exemple, s'il consomme 0,6 mA en présence d'oscillations, il peut consommer 10 mA en l'absence d'oscillations. Cette augmentation de consommation permet d'une part de faire redémarrer les oscillations, d'autre part d'envoyer une impulsion sur la ligne. Lorsque la consommation de courant du circuit 13 est de 0,6 mA, ce courant traversant la résistance 18 donne une tension insuffisante pour ouvrir le transistor 17 qui est bloqué. Lorsque le courant entre les bornes 1 et 6 du circuit 13 passe à 10 mA, ce courant passant dans la résistance 18 rend le transistor 17 conducteur. La borne 2 du circuit 13 est alors reliée au conducteur 25 de la ligne par l'intermédiaire de la résistance 15 et les oscillations redémarrent. Le condensateur 16 en parallèle sur la résistance 15 a pour roule d'accélérer le redémarrage des oscillations. Lorsque les oscil lations redémarrent, le courant traversant le circuit intégré 13 et la résistance 18 retombe à 0,6 mA et le transistor 17 se bloque. Les oscillations sont de nouveau soumises à un amortissement par l'influence de la cible et le processus recommence. Il faut noter que le circuit 13 est soumis à de fortes variations de courant, ce qui entraîne une forte impulsion de courant sur la ligne, et par voie de conséquence, à l'émis- sion de parasites rayonnés. Pour assurer cet appel de courant très bref et très important du circuit 13, on utilise le con densateur 19, qui va alimenter le circuit 13 en courant pour éviter que la tension aux bornes du circuit 13 ne tombe en dessous du seuil de fonctionnement du circuit. Le transistor 30, avec sa résistance 31 et son condensateur 32, fonctionne en générateur de courant. En présence d'oscillations, le courant faible exigé par le circuit 13 traverse le transistor 30, il existe un petit courant de base qui traverse la résistance 31, et il en résulte une tension entre émetteur et base qui est mémorisée par le condensateur 32. Lors de la disparition des oscillations, la résistance interne du circuit 13 diminue brutalement, la tension d'alimentation se reporte alors presque entièrement sur le transistor 30, la résistance 31 et le condensateur 32. La résistance 31 laisse passer un peu plus de courant, le condensateur 32 se charge un peu plus, la tension entre émetteur et base du transistor 30 augmente, le courant de-base augmente et le courant traversant le transistor 30 augmente. Cette augmentation n'est pas brutale et à front raide, ce qui entraînerait le rayonnement de parasites, elle est progressive. L'impulsion de courant ainsi engendrée est insensible aux parasites et aux caractéristiques de la ligne. Elle est utilisable pour un traitement numérique immédiat. Dans le cas où l'on a défini une fréquence minimale pour les impulsions transmises sur la ligne, le capteur est auto-testable par son propre fonctionnement. En outre, on peut comparer la fréquence des impulsions émises par le capteur à une fréquence de référence qui correspond à une distance prédéterminée pour la cible. On peut alors avoir un détecteur en tout ou rien, mais dont la distance de détection peut être définie du côté de l'électronique et non pas au niveau du capteur lui-meme. Enfin, il existe une relation directe entre la distance de la cible et la fréquence des impulsions émises ; on peut mesurer une distance sans contact mecanique, par mesure d'une fréquence. On a donc une détection de type proportionnel, correspondant à une relation univoque entre la distance de la cible et lafréquence des impulsions. R E V E N D I C A T I O N S 1. - Capteur de proximité à détection proportionnelle pour la détection d'une cible, caractérisé en ce qu'il comporte : un circuit oscillant (11, 12) à oscillations soumises à amortissement en présenc-e de la cible (20); un circuit (13) qui relance les oscillations par apport d'énergie dans le circuit oscillant lorsque l'amplitude des oscillations tombe en dessous d'un seuil prédéterminé ; et une ligne de liaison constituée d'un fil de masse (25) et d'un fil (24) assurant à la fois l'alimentation du capteur (21) en tension continue et la transmission des signaux représentant le résultat de la mesure sous forme d'impulsions identiques de fréquence variable. 2. - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (13) de relance des oscillations est un circuit dont la résistance interne tombe brutalement au moment où l'amplitude des oscillations tombe en dessous du seuil prédéterminé. 3. - Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit (13) porte en parallèle un condensateur (19) pour assurer les appels de courant du circuit (13) lors de ses chutes de résistance interne. 4. - Capteur selon la revendication 3, caractérisé en ce que, sur le fil (24) d'alimentation est prévu un transistor (30) dont la base est reliée au point milieu d'un circuit, constitué d'une résistance (31) et d'un condensateur (32) et monté en parallèle sur le transistor (30), fonctionnant en générateur de courant, de façon à transmettre des impulsions sans front raide. 5. - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que la fréquence des impulsions transmises est fonction de la distance de la cible (20) au capteur (21). 6. - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'en l'absence de la cible, la fréquence des impulsions a une valeur faible, permettant par sa présence de vérifier le bon fonctionnement du capteur.