Brevet FR2587106A1 — publié le 19870313

"Dispositif de détection de proximité" L'invention concerne un dispositif de détection de proximité comportant deux parties déplaçables l'une par rapport a l'autre et susceptible d'élaborer un signal électrique de commande lorsque lesdites deux parties sont disposées côte-à-côte dans une configuration prédéterminée. L'invention, mettant en oeuvre l'effet Hall, trouve un domaine d'application privilégié dans les systèmes de sécurité et/ou de protection généralement en association avec des dispositifs de contrôle et/ou de signalisation et/ou de commande. Par exemple, dans le domaine des machines-outils, il est courant de contrôler certains évènements ou cycles de fonctionnement en détéctant la présence ou l'absence, à un endroit particulier, d'un. élément déterminé. Ainsi, un système de contrôle et de sécurité peut être conçu pour détecter l'absence d'un capot de machine-outil et interdire la mise en marche de cette machine tant que le capot n'est pas en place. A cet effet, il est classique de disposer sur une partie fixe de la machine un composant à effet Hall et, sur le capot, un aimant disposé en un emplacement tel qu'il vienne se positionner (avec la bonne orientation magnétique) à proximité du composant lorsque le capot est en place. La proximité de l'aimant provoque un changement d'état dudit composant à effet Hall et ce changement d'état est exploité pour élaborer un signal de commande.On a constaté que certains utilisateurs, au mépris de leur propre sécurité, étaient amenés à inhiber de tels systèmes de sécurité en plaçant un autre aimant à proximité du composant à effet Hall, avec une orientation correcte déterminée expérimentalement, puisqu'il n'y a que deux possibilités. L'invention apporte notamment une solution à ce problème en proposant un système à effet Hall beaucoup plus difficile à frauder en raison de l'élaboration d'un véritable code magnétique. Plus précisément l'invention concerne un dispositif de détection de proximité comportant une première partie formant détecteur a' effet Hall et une seconde partie renfermant des moyens de déclenchement magnétique, caractérisé en ce que ladite première partie renferme plusieurs composants à effet Hall disposés en des emplacements prédéterminés et selon une succession d'orientations magnétiques prédéterminées, lesdits emplacements et ladite succession d'orientations définissant un code et en ce que ladite seconde partie renferme des aimants dont les emplacements et les orientations magnétiques reproduisent un code semblable au précédent-, de façon que tous les composants à effet Hall soient activés conjointement par lesdits aimants, lorsque lesdites première et seconde parties occupent des positions prédéterminées. Pour définir un code relativement difficile à déchiffrer, on prévoit avantageusement au moins trois composants ou davantage et un nombre égal d'aimants définissant une sorte de clé magnétique. Dans un mode de réalisation particulièrement simple où les composants sont portés sur un support du type circuit imprimé, le code est donc défini en déterminant å la fois les positions des composants sur le support (notamment les distances qui les séparent) et le sens d'aimantation favorable déterminé par l'orientation du composant sur son support. Par exemple, dans le cas où la direction d'aimantation est choisie perpendiculaire à la surface dudit support, ir~ sufflt alorskde "retourner" certains composants par rapport aux autres sur le support et d'inverser le sens d'aimantation des aimants correspondants dans ladite seconde partie.Par ailleurs, les composants à effet Hall dans la première partie et les aimants dans la seconde partie, sont invisibles de l'extérieur, de préférence noyés dans une résine opaque ou analogue. Bien entendu, l'invention couvre aussi tout autre agencement comportant des composants à effet Hall et des aimants, pourvu qu ils définissent un code et qu'ils coopèrent à l'identification de ce code. La disposition des composants peut donc très bien ne plus être linéaire ni Smame plane. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages de celle-ci apparaîtront plus clairement à la lumière de la description qui va suivre de plusieurs modes de réalisation d'un dispositif de détection conforme a son principe, donnée uniquement a titre d'exemple, et faite en référence aux dessins annexés dans lesquels:: - la figure 1 est une vue générale en perspective d'un dispositif de détection de proximité conforme d l'invention; - la figure 2 est un schéma électronique d'un mode de réalisation d'une première partie ou partie de détection, du dispositif de la figure 1; - la figure 3 est un schéma d'une variante de ladite première partie; - la figure 4 est un schéma d'une autre variante de ladite première partie; - la figure 5 est un schéma d'une autre variante de ladite première partie; et - la figure 6 est un schéma d'un circuit de commande de puissance pour l'exploitation des'signaux délivrés par ladite première partie dans un mode de réalisation conforme à la figure 4 ou 5. En se référant plus particulièrement à la figure 1, le dispositif de détection representé se compose d'une première partie il destinée à être, de préférence, montée sur une partie fixe (par exemple un châssis) et d'une seconde partie 12, formant clé, destinée à être, de préférence, montée sur une partie mobile (par exemple un capot). Selon l'invention, la première partie li renferme plusieurs composants à effet Hall H1, H2, H3, disposés en des emplacements prédéterminés tandis que la seconde partie, formant clé, renferme un même nombre d'aimants Al, A2, A3, disposés de façon à venir effectivement en regard des composant H1, H2, H3 lorsque les boîtiers indépendants desdite premier et seconde parties Il et 12 sont côte-a-côte. En plus de la prédétermination des emplacements des composants et aimants dans leurs boitiers respectifs, au moins un (ou certains) desdits composants (par exemple H2) est monté sur le support 13 formant circuit imprimé en étant "retourné" par rapport aux autres.Bien entendu, le support 13 porte aussi d'autres composants (non représentés) du circuit de détection incluant les composants à effet Hall H1, H2, H3. Par ailleurs, le ou chaque aimant correspondant (ici l'aimant A2) est lui aussi "retourné" par rapport aux autres dans ladite seconde partie 12, de façon que tous les composants H1, Hz, H3 puissent néanmoins être déclenchés par les aimants pour une (et une seule) position relative correcte entre les parties 11 et 12. Le support 13 porte à son extrémité une diode électroluminescente D1 qui fait saillie à l'extérieur du boitier de la première partie 11 et qui s'allume lorsque le signal de commande est effectivement élaboré.Le support 13 est par exemple situé dans-un profilé en forme de U 16 et une résine opaque 17 est moulée dans ce profilé en ne laissant apparaitre que l'extrémité de la diode D1 et la prise de raccordement électrique indexée 18 faisant saillie à l'extrémité opposée du boîtier. Les aimants A1, A2, A3 sont également disposés de façon appropriée dans un profilé en U 19 dans lequel on a moulé la même résine opaque 17. Avant de décrire plusieurs modes de réalisation possibles d'un circuit électronique incorporant les composants à effet Hall H1, H2, H3 pour définir un circuit de détection susceptible d'élaborer un signal de commande exploitable, il convient de préciser que les composants à effet Hall utilisés peuvent être du type UGN 3020 commercialisés par la firme SPRAGUE, notamment. Bien entendu l'utilisation d'un autre type de composant à effet Hall ne saurait être exclue du cadre de l'invention même si elle nécessite des modifications, au demeurant à la portée de l'homme de métier, du circuit de détection. Le composant plus particulièrement indiqué ci-dessus est muni de trois bornes d'acces repérées 1, 2 et 3 dans la suite du texte et il fonctionne de la façon suivante: - La borne 1 ou borne de polarisation est destinée à recevoir une tension appliquée de l'extérieur. En l'absence de celle-ci la borne 3 est galvaniquement isolée des autres et notamment de la borne 2. - La borne 2 est destinée à recevoir un potentiel de référence; elle est en pratique souvent portée au potentiel de la masse. - La borne 3 est normalement galvaniquement isolée de la borne 2 lorsque la borne 1 n'est pas alimentée et/ou lorsqu'aucun champ magnétique n'est appliqué au composant ou même lorsqu'un champ magnétique mal orienté lui est appliqué. - Un courant s'établit entre les bornes 2- et 3, (la borne 3 passant alors sensiblement au potentiel de la borne 2), dès lors qu'un champ magnétique de sens convenable est appliqué au composant à effet Hall et que la borne 1 est correctement polarisée. La figure I montre un premier mode de réalisation possible d'un détecteur conforme à l'invention et incluant ici trois composants à effet Hall H1, H2 et H3, du type défini ci-dessus. La borne de polarisation 1 du composant H1 est reliée au point commun d'un montage en série d'une résistance R1 et d'une diode Zener DZ1, connecté aux bornes de la source d'alimentation de courant continu +vin, l'anode de la diode Zener et la borne 2 du composant H1 étant à la masse. Par ailleurs, toutes les bornes 1 des composants à effet Hall sont reliées. audit point commun. La borne 3 du composant H1 est reliée à la borne 2 du composant H2 tandis qu'une diode Zener DZ2 est connectée entre la borne 1 et la borne 2 du composant H2.De même la borne 3 du composant H2 est reliée à la borne 2 du composant H3 et une diode Zener DZ3 est connectée entre la borne 1 et la borne 2 du composant H3. Les diodes DZ1, DZ2 et DZ3 sont identiques, elles permettent de limiter la tension appliquée aux composants à effet Hall. La borne 3 du composant H3 (ou du dernier composant connecté de la façon indiquée ci-dessus) est connectée à une liaison en série d'une résistance R2 et d'une diode électroluminescente D1 dont l'anode est connectée à la base d'un transistor Q1, ici de type PNP, dont l'émetteur est relié à la borne positive +VO de l'alimentation et dont le collecteur constitue une sortie de signal S. Le fonctionnement est le suivant. Le même potentiel, celui de la diode DZ1, est imposé aux bornes 1 de tous les composants à effet Hall. En revanche, en l'absence d'un champ magnétique ou en présence d'un champ dirigé dans le mauvais sens, la borne 3 de chaque composant est *en l'air", c'est-à-dire qu'elle est galvaniquement isolée des autres bornes de ce composant. Dans ces conditions, le transistor Q1 est bloqué. Si un champ magnétique de sens convenable est appliqué au voisinage du composant H1, un courant circule entre les bornes 2 et 3 de ce composant et le potentiel de la borne 3 est alors celui de la masse. Par wconséquent, la borne 2 du composant H2 est aussi mise à la masse. Si un champ magnétique de sens convenable est aussi appliqué au composant H2, alors la borne 3 de ce dernier est aussi mise à la masse et ainsi de suite jusqu'à ce que la mise à la masse de la borne 3 du dernier composant (ici H3) provoque la saturation du transistor Q1 et l'illumination de la diode D1. On voit donc que le circuit de la figure 2 correspond à un montage en cascade des composants à effet Hall, ce montage en cascade réalisant une fonction logique de type ET. Le signal de sortie exploitable est ici une tension continue positive. La figure 3 illustre une variante dans laquelle les composants H1, H2 et H3 sont montés "en parallèle". La source de tension +Vg est connectée aux bornes d'un branchement en série d'une résistance R1 et d'une diode Zener Dz11 comme précédemment. Toutes les bornes 1 des composants sont reliées au point commun de cette résistance et de cette diode. Les composants à effet Hall sont ainsi polarises en permanence. Toutes les bornes 3 sont polariee par des résistances R3 respecti-es, connectées a ce point milieu. Toutes les bornes 2 sont connectées à la masse.Par ailleurs, chaque borne 3 d'un composant à effet Hall est reliée à une entrée correspondante d'une porte logique P qui est ici une porte NON-OU â trois entrées. l'a sortie S cle cette porte délivre le signal de sortie exploitable précité. La diode D1 est connectée entre cette sortie et ia masse via une résistance de limitation de courant R2. Le fonctionnement est le suivant. Tant que l'un au moins des composants H1, EI2, H3 n'est pas soumis à l'action d'un champ magnétique de sens correct, l'une des entrées de la porte P est à "UN" (en logique positive) et la sortie de cette porte délivre un "ZERO"; la diode D1 ne peut s'allumer. En revanche, si tous les champs magnétiques appliqués aux composants H1, H2 et H sont conformes au code pré-etabli, toutes les entrées de la porte P passent à "ZERO" et la sortie S de la porte délivre alors un "UN" logique, exploitable en tant que signal de commande. Un courant peut alors traverser la diode D1.Bien entendu, de nombreux circuits de logique combinatoire peuvent être utilisés en liaison avec un agencement semblable de composants à effet Hall, sans sortir du cadre de l'invention. L'association de ces composants à effet Hall montés "en parallèle" et de la porte P réalise aussi, comme précédemment, une fonction logique de type ET, câblée. La figure 4 illustre une autre variante dans laquelle le signal de sortie exploitable est un train d'impulsions (à signal rectangulaire) et dans laquelle la défaillance de l'un des composants peut être immédiatement détectée. Le dispositif de détection de proximité comporte un oscillateur 20 délivrant un signal rectangulaire de niveaux O et +VO. La sortie de signal de cet oscillateur est connectée à toutes les bornes 1 de polarisation des composants Hlt H2 et H3. Toutes les bornes 2 de ces derniers sont connectées i La masse.Un circuit omateur 21 à résistances est agence entre les bornes 3 de ces mêmes composants et l'entrée 2/6 d'un circuit comparateur à deux seuils 23. Ce circuit, dont le fonctionnement est analysé plus loin, eut être aisément réalisé à partir diun circuit intégré de type NE 555, bien connu de l'homme de métier et actuellement proposé par la plupart des fabricants de semiconducteurs. Les chiffres indiques dans le bloc 23 de la figure 4 sont ceux des bornes du boîtier de ce circuit intégré.Le circuit sommateur 21 comporte, pour chaque composant à effet Hall, un montage en série de deux résistances R5, R6 connecté entre le pôle positif de la source d'alimentation +VO et un point commun 25 relié à l'entrée 2/6 du comparateur, la borne 3 du composant à effet Hall étant connectée à la jonction des deux résistances R5, R6 correspondantes. En outre, une résistance commune R7 est connectée entre ledit point commun 25 et la masse. La diode électroluminescente D1, connectée en série avec une résistance Ra entre la borne de tension d'alimentation +VO et la masse, a son anode reliée à une sortie particulière du circuit intégré constituant le comparateur à deux seuils. Le fonctionnement est le suivant. Les deux seuils du comparateur sont par exemple fixés à 1/3 VO et 2/3 VO. Ces deux seuils seront respectivement appelés seuil bas et seuil haUt. Par ailleurs, le fonctionnement du comparateur peut se résumer ainsi: la sortie S délivre un niveau bas de tension si le signal à l'entrée 2/6 franchit ie seuil haut en croissant et cette même sortie S délivre un niveau haut de tension si le signal à la même entrée franchit le seuil bas en décroissant.Comme les composants à effet Hall sont alimentés par l'oscillateur 20, les bornes de polarisation I de ces composants sont périodiquement portées au potentiel de ia masse et au potentiel +V0. On obtient à la sortie S, un train d'impulsions de même fréquence que celles de l'oscillateur 20 lorsque, les composants H1, H2 et H3 étant tous en bon état, ils sont tous soumis à l'action de champs magnétiques respectifs appliqués dans des sens corrects et on obtient un blocage des oscillations dans le cas contraire et/ou lorsque l'un au moins des composants H1, H2, H3 est défectueux. En effet, lorsque les composants à effet Hall ne sont pas polarisés (c'est-à-dire à chaque niveau bas de l'oscillateur 20) chaque sortie 3 d'un composant est galvaniquement isolée pour autant que ledit composant soit en bon état. Par conséquent, la résistance R7 est traversée par un courant qui est la somme des courants circulant dans toutes les branches R5, R6. La chute de tension aux bornes de cette résistance R7 franchit donc le seuil haut du comparateur. Pendant chaque niveau haut de l'oscillateur 20, les composants H1, H2 et H3 sont correctement polarisés. Par conséquent, si tous les composants sont en même temps soumis à un champ magnétique de sens convenable, toutes les bornes 3 sont à la masse (c'est-à-dire au potentiel des bornes 2) et la chute de tension aux bornes de la résistance R7 s'annule. Autrement dit, la tension à l'entrée du comparateur 23 franchit le seuil bas. Par conséquent, un signal rectangulaire exploitable apparaît à la sortie S du comparateur 23. En revanche, si l'un au moins des composants n'est pas soumis à un champ magnétique de sens convenable, la tension aux bornes de la résistance R7 ne peut descendre en-dessous du seuil bas lorsque l'oscillateur 20 délivre un niveau haut de tension. Par conséquent, la sortie S se bloque à son niveau bas et ne délivre plus de train d'impulsions. Par ailleurs, si l'un au moins des composants HI, H2,H3 est en court-circuit (autrement dit si sa borne 3 est en permanence au potentiel de la borne 2) la chute de tension aux bornes de la résistance R7 ne peut jamais franchir le seuil haut lorsque l'oscillateur 20 est à son niveau bas et la sortie S se bloque à son niveau haut. Le circuit qui vient d'être décrit correspond en quelque sorte à un montage "en parallèle" des composants à effet Hall, en association avec un sommateur et un comparateur à deux seuils. il est aussi possible de réaliser un montage "en cascader des composants H1, H2, H3, en combinaison, cette fois, avec un oscillateur astable. C'est la variante illustrée à la figure 5. Selon cette variante, un premier étage est constitué du composant H1 ayant sa borne de polarisation 1 reliée au collecteur d'un transistor T1 de type NPN, monté en émetteur commun et avec une résistance de charge R10. La base de ce transistor est polarisée positivement par une résistance R11. La borne 2 du composant H1 est reliée à la masse et sa borne 3 est connectée à la base d'un autre transistor T2 d'un second étage identique au précédent et incluant le composant H2. La sortie 3 de ce dernier est reliée à la base d'un transistor T3 d'un troisième étage également identique, et ainsi de suite pour un nombre quelconque d'étages. L'oscillateur astable inclut tout le montage en cascade qui vient d'être décrit ainsi que le même circuit intégré que dans le cas de la figure 4 mais utilisé différemment quoique de façon classique. Les chiffres indiqués dans le bloc 23a sont ceux des bornes du boîtier de ce circuit intégré. La tension d'alimentation est appliquée entre les bornes 4/8 et la borne 1 tandis que l'entrée 2/6 est reliée à la sortie du dernier étage par un branchement en série d'une résistance R12 et d'un montage tête-bêche de deux diodes D1, D2, la diode D1 étant du type électroluminescent. La sortie du dernier étage est polarisée par une résistance R13 appliquée à la borne 3 du composant à effet Hall correspondant et un condensateur C1 est également connecté entre le pôle positif de la source d'alimentation +VO et l'entrée 2/6 du circuit intégré. Une sortie de réaction 7 de ce dernier est reliée & BR borne 3 du composant à effet Hall du dernier etage est donc galvaniquement isolée dès lors que l'un au moins des composants H1, Hz, H3 du montage en cascade n'est pas soumis à un champ magnétique de sens correct. toscillateur astable dans la boucle de réaction duquel ledit montage en cascade est inséré, est donc bloqué t aucun signal rectangulaire exploitable n'est disponible à la sortie S.En revanche, si tous les composants H1! H2, z3 sont soumis à L'actio de champs magnétiques respectirs de sens convenables, la sortie 3 de H1 est à la masse, donc la base du transistor T2 est connectée à la masse, bloquant ce transistor et polarisant H2.La borne 3 de celui-ci, également connectée à la masse, bloque le transistor T3 et ainsi de suite jusqu'à ce que la borne 3 du dernier composant à effet Hall (ici le composant H3) oit aussi reliée à la masse, ce qui initialise les oscillations par une succession de charges et décharges du condensateur C1. En revanche, si l'un des composants H1, H2, H 3 est défectueux, sa borne 3 est constamment à la masse en court-circuit ou en circuit ouvert et la boucle de réaction ne peut changer d'état; l'oscillateur est donc bloqué. La figure 6 illustre un étage de puissance de sécurité, conçu pour exploiter le signal rectangulaire, disponible à la sortie S du dispositif de la figure 4 ou 5, en vue de commander au moins un relais électromagnetique 30. La sortie S est connectée à l'entrée E de ce montage qui comporte deux branches identiques commandant respectivement deux relais 30a, 30b dont les contacts 31a, 31k sont connectés en série pour des raisons de sécurité de fonctionnement. Seule la branche commandant le relais 30a est décrite ci-dessous. Elle comporte un amplificateur composé de deux transistors 32a, 33a, de types complémentaires et formant un étage du genre "push-pull". Cet amplificateur est alimenté par une tension V1 > VO. La sortie de l'amplificateur est reliée à un étage iifférenciateur constitué d'un condensateur 34a et d'une diode 35a. ès pointes positives du signal différencié sont transmises par une diode 36a à un condensateur 37a connecté aux bornes de l'enroulement du relais 30a. Ainsi, dés qu'un signal périodique apparaît à l'entrée E, le condensateur 37a se charge jusqu'a une valeur suffisante pour fermer le relais 3osa. De manière connue de l'homme de l'art, les diodes 36a et 36k peuvent être remplacées par des diodes lectrolumiecentes, avec éventuellement des résistances ajustant le courant traversant ces diodes, afin de réaliser une signalisation lumineuse au niveau de l'étage de puissance de sécurité, le regroupement des divers étages de puissance d'une même installation ou d'installations différentes réalisant alors une signalisation centralisée. L'exemple décrit ci-dessus est non limitatif, l'objet de l'invention pouvant être retenu par exemple dans une installation de sécurité contre le vol, ou plus simplement pour réaliser des économies d'énergie, en assujettissant une installation de chauffage à la fermeture des portes et fenêtres, ou dans tout autre type d'installation dans laquelle il est avantageux de lier le fonctionnement de tout ou partie au contrôle du positionnement de deux parties mobiles relativement l'une par rapport à l'autre avec un niveau de certitude et d'inviolabilité. REVENDICATIONS 1- Dispositif de détection de proximité comprenant une première partie (11) formant détecteur à effet Hall et une seconde partie (12) renfermant des moyens de déclenchement magnétique, caractérisé en ce que ladite première partie renferme plusieurs composants à effet Hall (H1, H2, H3) disposés en des emplacements prédéterminés et selon une succession d'orientations magnétiques prédéterminées, lesdits emplacements et ladite succession d'orientations définissant un code et en ce que ladite seconde partie renferme des aimants (A1, A2, A3) dont les emplacements et les orientations magnétiques reproduisent un code semblable au précédent, de façon que tous les composants à effet Hall soient activés conjointement par lesdits aimants lorsque-lesdites première et seconde parties occupent des positions prédéterminées. 2- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits composants à effet Hall (H1, H2, H3) dans ladite première partie et lesdits aimants (A1, A2, A3) dans ladite seconde partie sont invisibles de l'extérieur, de préférence noyés dans une résine opaque (17) ou analogue. 3- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que lesdits composants à effet Hall font partie intégrante d'un circuit logique délivrant un signal de sortie exploitable lorsque tous les composants à effet Hall précités sont activés conjointement. 4- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les différents composants à effet Hall sont connectés en cascade de façon à définir une fonction logique de type ET (figure 2). 5- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que les différents composants à effet Hall (H1, H2, H3) sont connectés à des entrées respectives d'une porte logique (P). 6- Dispositif selon la revendication 5, caractérisé en ce que ladite porte logique (P) est du type NON-Otl et délivre à sa sortie (S) ledit signal de sortie exploitable. 7- Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première partie comporte un oscillateur (20) délivrant un signal périodique, par exemple rectangulaire et connecté pour appliquer ce signal auxdits composants à effet Hall (H1, H2, H3) et en ce qu'un circuit somImate 1ti et un comparateur à deux seuils (23) sont agencés entre lesdits composants et une sortie de signal (S), l'état de ladite sortie dépendant de la valeur du signal délivré par ledit sommateur par rapport aux deux seuils précités. 8- Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ladite première partie comporte un montage en cascade de plusieurs étages semblables (T1, H1 - T2, H2 - T3, H3) incluant chacun un composant à effet Hall précité et en ce que ce montage en cascade est inséré dans une boucle de réaction d'un oscillateur astable (23a, C1). 9- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que chaque étage précité comporte un transistor (T1) ou analogue couplé à une borne de polarisation du composant à effet Hall correspondant. 10- Dispositif selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que ladite première partie (11) comporte une diode électroluminescente (D1) signalant que les composants à effet Hall sont activés conjointement. 11- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que ladite première partie (11) comporte une prise de raccordement électrique indexée (18).