Brevet FR2604251A1 — publié le 19880325

DETECTEUR INDUCTIF DE PROXIMITE MUNI D'UN CIRCUIT OSCILLANT A RELAXATION. La présente invention concerne un détecteur de proximité inductif présentant un circuit oscillant qui génère une pseudo-oscillation non entretenue dont l'amortissement, dû à l'approche d'un objet électriquement conducteur, permet la détection de celui-ci. Les détecteurs inductifs de proximité comportent généralement un oscillateur. L'usage d'un oscillateur présente cependant un certain nombre d'inconvénients. Le fonctionnement de l'oscillateur n'est pas stable en température ; de plus, quand le gain de boucle de l'oscillateur a la valeur critique, l'énergie des oscillations est juste suffisante pour entretenir la boucle, de sorte que l'établissement des oscillations exige un temps assez long. Les détecteurs inductifs habituels risquent par ailleurs d'être perturbés par une trop grande proximité de l'objet à détecter. I1 est connu d'après la demande de brevet DE No 3318900 d'utiliser dans un détecteur de proximité un circuit oscillant muni d'un condensateur et d'une bobine influençable par un objet à détecter, une source de tension susceptible d'être reliée au circuit oscillant au moyen d'un interrupteur et d'une résistance série, un circuit de traitement connecté au circuit oscillant pour élaborer en fonction de la tension aux bornes de celui-ci et lors de sa décharge un signal de sortie représentatif de la présence et/ou de la distance de l'objet à détecter ; un générateur d'impulsions commande des cycles alternés de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur série, correspondant à des cycles respectifs de charge et de décharge du circuit oscillant. L'exploitation de l'amortissement du circuit oscillant s'effectue soit par détection de valeur moyenne, soit par le contrôle d'absence ou de présence d'oscillation à un instant donné. La réalisation de ce détecteur paraît compliquée et son fonctionnement n'est pas fiable dans tous les cas de détection. L'invention a notamment pour but de parer aux inconvénients et lacunes exposés, au moyen d'un détecteur inductif de proximité simple, fiable et bien adapté à des distances variables de détection d'objet et à des valeurs variables de l'inductance de la bobine. L'invention a pour autre but de réduire au minimum la durée des cycles successifs de charge et de décharge du circuit oscillant. Selon l'invention, le détecteur de proximité comporte un comparateur qui compare la tension de relaxation du circuit oscillant à un seuil prédéterminé Vd, le comparateur délivrant lors des cycles de charge et de décharge des impulsions S1 représentatives de la présence et/ou de la distance de l'objet à détecter ; le circuit de traitement est relié à la sortie du comparateur et génère un signal de sortie fonction des impulsions. Le comparateur compare de préférence lors des cycles de charge la tension de relaxation à un seuil de charge prédé terminé et non inférieur au seuil de décharge ; le circuit de traitement comprend alors un opérateur à retard relié à la sortie du comparateur et délivrant un signal de fin de charge, une logique reliée à la sortie de l'opérateur à retard, et un organe de traitement des impulsions S1, relié à la logique et réarmé à l'apparition du signal de fin de charge pour permettre de commencer une nouvelle lecture. I1 en résulte, particulièrement lorsque l'opérateur à retard est un monostable redéclenchable, une réalisation très simple du détecteur de proximité. Lorsque la source de courant continu et le ou les organes élaborant le ou les seuils prédéterminés sont reliés à l'alimentation du detecteur, il est avantageux pour la fiabilité de celui-ci que les seuils prédéterminés varient dans le même sens et de façon proportionnelle à cette tension d'alimentation. Le retard introduit par l'opérateur est de préférence supérieur à deux fois la période de relaxation. De la sorte, on détecte rigoureusement la fin des oscillations amorties. L'organe de traitement des impulsions peut être analogique. I1 est de préférence numérique et constitué par un compteur associé à la logique. Pour réduire la durée des cycles successifs de charge et de décharge du circuit oscillant, il est avantageux que la logique commande la fermeture de l'interrupteur dès que le nombre d'impulsions compté par le compteur lors d'un cycle de décharge atteint une valeur fixe prédéterminée. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention ressortiront de la description des modes de réalisation non limitatifs illustrés par les figures 1 à 5. La figure 1 représente le schéma synoptique d'un détecteur de proximité conforme à l'invention Les figures 2 et 3 montrent schématiquement deux modes de réalisation du détecteur de proximité de la figure 1; La figure 4 est un chronogramme montrant un cycle de charge et un cycle de décharge du circuit oscillant et La figure 5 montre la succession des cycles de charge et de décharge en l'absence et en présence d'un objet détecté. Le détecteur de proximité illustré sur la figure 1 présente un circuit électronique 10 muni d'un circuit oscillant 11 comprenant une capacité C en parallèle au montage série d'une bobine de détection d'inductance L et d'une résistance R. Le circuit oscillant 11 est relié d'un côté à une borne d'alimentation V du détecteur, de l'autre côté à une source 12 de courant continu en série avec un interrupteur 13. La source 12 est un générateur de courant constant réglable et elle est reliée au O volt. La tension V aux bornes du circuit oscillant 11 est appliquée à une première entrée 15a d'un comparateur 15. Une deuxième entrée 15b du comparateur reçoit un seuil de tension prédéterminé Vd. La sortie du comparateur 15 est reliée à un circuit de traitement 14 par l'intermédiaire d'un organe éventuel de mise en forme non représenté. Selon l'invention, la sortie du comparateur change d'état à chaque fois que la tension de relaxation V franchit le seuil Vd. Ainsi, tant que l'enveloppe V' de V (figure 4) dépasse Vd, le comparateur 15 délivre à sa sortie des impulsions S1 d'amplitude constante et de largeur décroissante, ces impulsions étant exploitées par le circuit de traitement 14 qui, d'une part, génère à la fin d'un cycle de décharge un signal de sortie S tout ou rien ou analogique et fonction des impulsions S1 pour représenter la présence ou respectivement la distance de l'objet, d'autre part, est réarmé à la fin de chaque cycle de charge comme il sera décrit plus loin. I1 convient de noter que le seuil Vd appliqué à l'entrée 15b du comparateur est en réalité constitué par une valeur Vdl lors d'un cycle de charge et par une valeur Vd2 lors d'un cycle de décharge. Les valeurs Vdl et Vd2 sont produites par des générateurs respectifs GVdl et GVd2 de seuil de tension reliés à la borne V+. De la sorte, les valeurs V et Vdl, Vd2 varient simultanément et dans le même sens avec les fluctuations de V+, ce qui permet de conserver des conditions de détection satisfaisantes. Vdl est inférieur à Vd2 ou peut dans certains cas être égal à Vd2. Un commutateur 16 est prévu entre l'entrée 15b du comparateur et les générateurs de seuil GVdl, GVd2 et il est commandé par le signal issu du circuit de traitement 14 et appliqué à l'interrupteur 13. Le commutateur 16 et l'un des générateurs de seuil sont supprimés lorsqu'on prévoit un seul seuil Vdl = Vd2. On remarquera que le circuit oscillant 11 et la durée des cycles de charge de ce circuit sont déterminés pour assurer à la fin desdits cycles une charge quasiment complète de l'inductance L. Dans un autre cas, l'énergie de décharge pourrait être fournie par la capacité C. Dans le mode de réalisation de la figure 2, le circuit de traitement 14 comprend un opérateur à retard 17, une logique 18 et un compteur 19, de manière à assurer un traitement numérique des impulsions S1. L'opérateur à retard 17 est de préférence un monostable redéclenchable qui reçoit à son entrée les impulsions S1 et délivre à sa sortie un signal de fin de charge S2 appliqué à la logique 18 pour que celle-ci, par ailleurs reliée au compteur 19, réarme ce dernier et ouvre l'interrupteur 13 pour initialiser un cycle de lecture. S2 peut de même constituer un signal de fin de lecture exploitable par la logique 18 qui constitue le générateur d'impulsions. Le signal de sortie S délivré par la logique 18 est selon les cas un signal "tout ou rien"- et/ou un signal représentatif de la distance de l'objet détecté.Le retard D introduit par l'opérateur 17 est supérieur à 2To, To étant la période de la pseudo-oscillation de décharge. En variante, l'opérateur à retard 17 pourrait faire partie d'un microprocesseur incluant la logique 18. Dans le mode de réalisation de la figure 3, le circuit de traitement 14 comprend encore l'opérateur à retard 17 et la logique 18, ainsi qu'un intégrateur 21 et un comparateur 22, de manière à assurer un traitement analogique des impulsions S1. Le signal S3 de sortie de l'intégrateur est comparé dans le comparateur 22 à un seuil prédéterminé de tension délivré par un générateur de seuil de tension 23 relié à la borne V+. Le comparateur 22 fournit à sa sortie le signal S. La figure 4 montre a) une pseudo-oscillation de charge du circuit oscillant, suivie d'une pseudo-oscillation de décharge du même circuit, b) les impulsions S1 correspondantes qui apparaissent à la sortie du comparateur 15, et c) le signal S2 en sortie de l'opérateur à retard 17. La figure 5 montre une succession 24 de cycles de charge 25 et de décharge 26 du circuit oscillant en l'absence de cible détectée, puis une succession 27 de tels cycles en présence de la cible. La logique 18 commande la fermeture de l'interrupteur 13 dès que le nombre d'impulsions S1 comptées lors d'un cycle de décharge 26 atteint une valeur fixe n prédé terminée (instant t2). Le cycle de charge 25 suivant peut ainsi commencer dès l'instant t2. On comprend que, dans un tel mode de réalisation du type de celui de la figure 2, le seuil Vd sert à générer le signal de fin de charge 52, tandis que l'achèvement de la lecture est déterminé par l'atteinte d'un comptage n d'impulsions S1. I1 est intéressant qu'en présence de l'écran, la charge du circuit oscillant soit plus rapide (cycles 27), car l'amortissement dudit circuit est plus prononcé ; ceci permet d'augmenter la finesse de détection à l'approche de la cible. Le fonctionnement du détecteur de proximité va maintenant être expliqué en regard des figures 2 et 4. A l'instant initial commence la charge du circuit oscillant du fait que la logique 18 commande la fermeture de l'interrupteur 13. La source de courant constant 12 charge le réseau R, L, C, jusqu'à ce que la tension aux bornes du circuit oscillant atteigne la valeur Rio, la bobine ayant 2 stocké une énergie Lion/ . Les impulsions S1 en sortie du comparateur s'arrêtent lorsque V La décharge du circuit oscillant se produit à partir du niveau de tension Vo. Lorsque la tension de relaxation V atteint la valeur Vd2 (ou Vd), le comptage des impulsions S1 par le compteur 19 cesse et la logique 18 exploite cet état de comptage et le changement d'état de S2 généré à la sortie de l'opérateur à retard 17 pour, d'une part, délivrer le signal de sortie S, d'autre part, refermer l'interrupteur 13. La logique 18 peut être dotée de moyens de validation du signal de sortie sur constatation de l'identité de deux ou trois comptages successifs. Elle peut également être dotée de moyens assurant l'hystérésis de la lecture pour éviter le battement du signal de sortie. Revendications 1. Détecteur de proximité inductif comprenant - un circuit oscillant muni d'un condensateur et d'une bobine influençable par un objet à détecter, - une source d'énergie susceptible d'être reliée au circuit oscillant au moyen d'un interrupteur série, - un circuit de traitement connecté au circuit oscillant pour élaborer en fonction de la tension aux bornes de celui-ci et lors de sa décharge un signal de sortie repré sentatif de la présence et/ou de la distance de l'objet à détecter, et - un générateur d'impulsions qui commande des cycles alter nés de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur série, correspondant à des cycles respectifs de charge et de décharge du circuit oscillant, caractérisé par le fait qu'il comporte un comparateur (15) comparant la tension (V) de relaxation du circuit oscillant (11) à un seuil (Vd) prédéterminé, le comparateur délivrant lors des cycles de décharge des impulsions (S1) représentatives de la présence et/ou de la distance de l'objet, tandis que le circuit de traitement (14) est relié à la sortie du comparateur (15) et génère un signal de sortie (S) fonction des impulsions (S1). 2. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le comparateur (15) - lors d'un cycle de décharge compare la tension de relaxa tion (V) à un seuil de décharge (Vd2) prédéterminé, - lors d'un cycle de charge compare la tension de relaxation (V) à un seuil de charge (Vdl) prédéterminé, et par le fait que le circuit de traitement (14) comprend - un opérateur à retard (17) relié à la sortie du compara teur (15) et délivrant un signal (S2) de fin de charge, - une logique (18) reliée à la sortie de l'opérateur à retard, et - un organe 619) de traitement des impulsions (S1), relié à la logique (18) et réarmé par celle-ci à l'apparition du signal (52) de fin de charge. 3. Détecteur de proximité selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que le seuil prédéterminé (Vd, Vdl, Vd2) est proportionnel et dans le même sens que la tension d'alimentation (V+) du détecteur. 4. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le seuil de décharge (Vd2) est supérieur au seuil de charge (vil). 5. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le seuil de décharge (Vd2) est égal au seuil de charge (vil). 6. Détecteur de proximité selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'opérateur à retard (17) est un monostable redéclenchable. 7. Détecteur de proximité selon la revendication 2, caractérisé par le fait que l'opérateur à retard (17) est inclus dans un microprocesseur. 8. Détecteur de proximité selon la revendication 2, caractérisé par le fait que le retard introduit par l'opérateur (17) est supérieur à deux fois la période de relaxation. 9. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé par le fait que la logique (18) constitue le générateur d'impulsions. 10. Détecteur de proximité selon la revendication 9, caractérisé par le fait que la logique (18) commande, d'une part, les cycles alternés de fermeture et d'ouverture de l'interrupteur (13), d'autre part, la commutation corrélative d'un commutateur (16) relié à une entrée du comparateur (15) pour lui appliquer le seuil de charge (Vdl) ou le seuil de décharge (Vd2). 11. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé par le fait que l'organe (19) de traitement des impulsions (S1) comprend un compteur (20) dont une entrée reçoit les impulsions (S1) et dont une sortie est reliée à la logique (18), celle-ci élaborant le signal de sortie (S). 12. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 11, caractérisé par le fait que l'organe (19) de traitement des impulsions (S1) comprend un intégrateur (21) dont une entrée reçoit les impulsions (S1) et dont une sortie est reliée à un comparateur (22) susceptible de délivrer le signal de sortie (S) lorsque la sortie de l'intégrateur dépasse un seuil déterminé. 13. Détecteur de proximité selon les revendications 9 et 11, caractérisé par le fait que la logique (18) commande la fermeture de l'interrupteur (13) dès que le nombre d'impul sions (S1) compté lors d'un cycle de décharge atteint une valeur fixe prédéterminée (n). 14. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 13, caractérisé par le fait que - la source d'énergie est un générateur de courant continu constant (12) ou proportionnel à la valeur des seuils (Vdl, Vd2), et - le circuit oscillant (11) et la durée des cycles de charge dudit circuit sont déterminés pour assurer à la fin desdits cycles une charge quasiment complète de l'induc- tance (L) de la bobine.