Brevet FR2647545A1 — publié le 19901130

TRANSDUCTEUR DE POSITION La présente invention concerne un transducteur de position comportant au moins un capteur et un élément codé coopérant avec ce capteur, l'élément codé ayant une première piste codée qui est mobile par rapport au capteur dans une direction longitudinale de la piste. Les transducteurs de position peuvent comporter un élément codé optiquement ayant une ou plusieurs pistes faites de zones opaques et de zones transparentes et coopérant avec une tête optique de lecture. Ces transducteurs donnent soit une mesure absolue de position, soit une mesure incrémentielle de position en mesurant le déplacement à partir d'une position connue. Dans le cas d'une mesure absolue de position, on utilise plusieurs pistes parallèles qui sont codées à des degrés respectifs différents, de sorte que la piste codée le plus grossièrement détermine de manière absolue si une position se trouve dans la première ou la seconde moitié de la piste. La piste suivante permet de déterminer la position plus précisément en indiquant si elle se trouve dans l'un des quatre quarts de la piste. De cette manière, on peut obtenir la résolution voulue en utilisant un nombre suffisant de pistes. Cependant, cela peut exiger un grand nombre de pistes et donc un grand nombre de têtes de lecture et de composants optiques associés, ce qui nécessite un multiplexage des données de position. On peut réaliser des transducteurs incrémentiels n'ayant qu'une piste si l'on n'a pas besoin d'une indication relative au sens, par exemple avec un codeur rotatif ne pouvant tourner que dans un sens. La piste porte un simple motif binaire périodique, ou des zones alternées ayant des caractéristiques différentes, et la résolution n'est limitée que par la résolution de lecture de la tête de lecture. Le transducteur fonctionne par addition ou soustraction à partir d'une position de départ connue, pendant que la piste codée se déplace par rapport à la tête de lecture. Un déplacement dans le sens opposé peut être mesuré par lecture d'une seconde piste qui donne des informations sur le sens de déplacement. -2- Quoique ces transducteurs incrémentiels soient de construction simple et puissent avoir une résolution élevée, ils ont un inconvénient majeur par le fait que, si une panne d'alimentation provoque une perte des données de position, il est nécessaire de réinitialiser le transducteur en ramenant J'élément codé à une position donnée. Ceci empêche d'utiliser de tels transducteurs dans des conditions o la sécurité est importante et o il peut y avoir des interruptions de l'alimentation électrique. La présente invention a pour but de créer un transducteur de position permettant d'indiquer une position absolue en évitant dans une mesure substantielle les inconvénients des transducteurs de l'art antérieur. Dans ce but, l'invention fournit un transducteur de position du type spécifié plus haut, caractérisé en ce que ladite première piste comporte un motif binaire pseudo-aléatoire ayant une longueur de 2n bits, en ce que le capteur comporte une mémoire pour au moins n bits, en ce que le capteur est agencé pour lire individuellement un bit sur ladite piste et l'introduire dans la mémoire de manière que la mémoire contienne les derniers n bits lus sur la piste, et en ce que le transducteur est agencé pour déterminer la position absolue de la piste et donc de l'élément code à partir du contenu de la mémoire. De préférence, l'élément codé comporte une deuxième piste parallèle à la première, cette deuxième piste étant codée au moyen de bits de même longueur que ceux de la première piste, et le capteur est agencé pour lire la deuxième piste et utiliser cette lecture pour déterminer des limites des bits de la première piste. Dans une forme de réalisation particulière, l'élément codé comporte une troisième piste parallèle à la deuxième, cette troisième piste étant codée au moyen de bits de même longueur que la première et la deuxième piste, les bits de la troisième piste sont décalés par rapport à ceux de la seonde piste, et le capteur est agencé pour effectuer une lecture sur la deuxième et la troisième piste et utiliser cette lecture pour délivrer des signaux qui changent à différents emplacements le long de l'élément codé, d'une manière permettant de déterminer le sens de déplacement de l'élément codé. 3- Dans une autre forme de réalisation, le transducteur comporte deux capteurs espacés longitudinaJement l'un de l'autre en regard de la deuxième piste, de sorte que les signaux de sortie de ces deux capteurs changent à différents emplacements le long de l'élément codé, de manière à permettre de déterminer le sens de déplacement de l'élément codé. Une forme de réalisation particulière du transducteur consiste en ce qu'il comporte deux mémoires prévues chacune pour n bits et recevant chacune les mêmes bits de la première piste, en ce qu'un déplacement de l'élément codé dans un sens a pour effet de remplir une première des mémoires et de vider l'autre, et en ce qu'un déplacement de l'élément codé dans le sens opposé a pour effet de remplir l'autre mémoire et de vider la première. Une autre forme de réalisation consiste en ce que la mémoire comporte 2n1 places de mémoire, en ce que les bits lus sur la première piste sont introduits à une place centrale de la mémoire et sont déplacés le long de la mémoire dans des sens opposés en fonction du sens de déplacement de 'élémrnent codé. L'élément codé peut être de forme rectangulaire, la piste ou chaque piste peut être rectiligne, et l'élément codé peut être mobile suivant une ligne droite parallèle à ladite piste. La première piste peut être codée optiquement. EJJlle peut être codée par une alternance de zones opaques et de zones transparentes. Le capteur peut être couplé à l'élémrnent codé par multiplexage temporel. On décrira ci-dessous, à titre d'exemple, diverses formes de réalisation d'un transducteur optique de position selon l'invention, en référence aux dessins annexés, dans lesquels: la figure I est un schéma d'une forme d'un transducteur selon l'invention, - 4 - la figure 2 représente une plaque codée du transducteur, les figures 3 A à 3C illustrent des modifications dans le transducteur en réponse au déplacement de la plaque codée, la figure 4 représente un autre type de plaque codée, et la figure 5 est un schéma d'une autre forme d'un transducteur selon l'invention. En référence aux figures I et 2, le transducteur représenté comporte une source de lumière I qui délivre un rayonnement optique sur un chemin 2 conduisant à un diviseur de faisceau 3 de contruction connue. Le diviseur de faisceau 3 délivre de la lumière sur trois ouvertures 31, 32 et 33 disposées en regard de pistes rectilignes respectives 21, 22 et 23 prévues sur une plaque 20 à codage optique. La lumière traversant la plaque 20 à partir des ouvertures 31 à 33 est focalisée sur les extrémités avant de fibres optiques respectives 41 à 43. Ces fibres vont jusqu'à une unité de capteurs 50 dans laquelle la lumière sortant de l'extrémité arrière des fibres est focalisée sur des cellules photoélectriques respectives 51 à 53. Les cellules 51 à 53 délivrent, sur des lignes 61 à 63, des signaux électriques destinés à une unité de traitement 70 qui sera décrite plus en détail ci-dessous. L'unité 70 délivre sur une ligne 71 un signal de sortie représentatif de la position de la plaque codée 20, ce signal étant transmis à une unité d'affichage 80 et/ou à un autre dispositif utilisateur. La plaque codée 20 est couplée à un élément mobile quelconque (non représenté), par exemple un diaphragme sensible à la pression, dont il s'agit de mesurer la position. Cette plaque a une forme rectangulaire et les trois pistes 21 à 23 s'étendent parallèlement les unes aux autres dans la direction de déplacement de la plaque, indiqué par une double flèche dans la figure 2. Chaque piste est composée de zones transparentes et de zones opaques. La plaque elle-même peut être opaque en dehors des zones transparentes des pistes, ou transparente en dehors des zones opaques des pistes. La piste 21 représentée en haut dans la figure 2 porte un motif binaire pseudo-aléatoire de longueur 2n. Celui- ci est aussi représenté par la séquence de chiffres binaires 0 et I dans les figures 3A, 3B et 3c. Une propriété particulière des séquences binaires pseudo-aléatoires de longueur 2n bits est que si l'on place une fenêtre de longueur n bits sur la séquence, la position de la fenêtre le long de la séquence est définie de manière univoque par les bits apparaissant dans la fenêtre. C'est cette propriété qui est utilisée dans la présente invention pour permettre de déterminer la position absolue de la plaque codée 20. lO Pour simplifier, on se limite dans cet exemple à une séquence de longueur 24 bits, c'est-à-dire 16 bits, et une fenêtre longue de 4 bits. De ce fait, l'unité de traitement 70 possède un registre à décalage ou une mémoire similaire 72 ayant une longueur de 4 bits. Au départ, la plaque 20 est supposée être placée, comme le montre la figure 3a, dans une position o l'extrémité avant de la fibre 41 se trouve en regard d'une zone opaque, représentant un bit 0. La première place A de la mémoire 72 contient donc le chiffre 0, tandis que les autres places B à D sont vides. A ce stade, sans informations additionnelles, il ne serait pas possible d'identifier de manière univoque la position de la plaque codée , qui pourrait être n'importe laquelle des huit positions dans lesquelles une zone opaque se trouve en regard de la fibre 41. Si maintenant la plaque 20 se déplace de 3 bits vers la gauche, jusqu'à la position représentée en figure 3B, le bit 0 de la place A de la mémoire est déplacé jusqu'à la place D via les places B et C. De même, la place C recevra un bit 0, la place B un bit I et la place A un bit 0. La mémoire 72 contient maintenant des informations représentant le quatrième, le cinquième, le sixième et le septième bit de la longueur de la piste 21 et ceci identifie d'une manière absolue la position de la plaque codée. Comme deux bits adjacents sur la piste 21 ne diffèrent pas toujours l'un de l'autre, la mémoire 72 est cadencée de manière à décaler Jes bits dans la mémoire en réponse à des informations tirées des deux autres pistes 22 et 23, lesquelles fournissent aussi des informations sur le sens de déplacement de la plaque 20. - 6- Les deux pistes inférieures 22 et 23 sont de simples pistes périodiques formées de zones opaques et transparentes alternées, représentant des bits 0 et I qui ont la même longueur que les bits de la piste supérieure 21. La piste centrale 22 est disposée en phase avec la piste supérieure 21, c'est-à-dire que les bits des deux pistes sont alignés mutullement dans la direction transversale de la plaque. La sortie de la cellule 52 associée à la piste centrale 22 constitue un signal de cadence qui, après un traitement approprié dans une unité électronique 73, est utilisé pour cadencer le registre à décalage 72. La piste inférieure 23 est codée de la même manière que la piste 22, mais ses bits sont déphasés vers la gauche dans une mesure correspondant à la moitié de leur longueur, c'est-à-dire à 90 ou un quart de période. Le signal de sortie de la cellule 53 associée à la piste 23 est également délivré à l'unité 73 et, en combinaison avec le signal tiré de la piste centrale 22, permet d'indiquer le sens de déplacement de la plaque codée. Si par exemple la plaque 20 part d'une position dans laquelle les deux fibres 42 et 43 sont en regard de zones transparentes des pistes correspondantes 22 et 23, les sorties des deux cellules 52 et 53 seront 1. Un déplacement de la plaque 20 vers la gauche fera changer la sortie de la cellule 53 de I à 0 avant que la cellule 52 change de I à 0. Inversement, un déplacement de la plaque 20 vers la droite fera changer la sortie de la cellule 52 de I à 0 avant que la sortie de la cellule 53 change de I à 0. L'unité 73 détecte quel signal change en premier et elle en tire un signal indiquant le sens de déplacement de la plaque. Ce signal est délivré par la ligne 74 au registre à décalage 72 pour commander le sens de déplacement du contenu des différentes places du registre. La situation décrite ci-dessus est illustrée par les figures 3A et 3B et correspond au déplacement de la plaque 20 vers la droite. Comme l'entrée du registre 72 se fait à son extrémité de gauche, la poursuite du déplacement de la plaque 20 vers la droite a simplement pour résultat d'évacuer le contenu de la place D et d'introduire un nouveau bit à la place A, afin que le registre conserve des données relatives aux quatre zones adjacentes de la piste 21. Cependant, si la plaque 20 se déplace -7d'un bit vers la gauche, de la position de la figure 3B à la position de la figure 3C, il en résulte que le contenu des places de mémoire A à D est transféré d'une place vers la gauche, c'est-à-dire que le contenu initial de la place A est évacué et que la place D est vidée. A ce stade, le contenu du registre 72 est 100 et ne représente que trois zones successives de la piste 21. En général, trois bits ne sont pas suffisants pour identifier la position de la plaque 20. Par exemple, comme on le voit dans la figure 3A, il y a sur la piste 21 deux positions dans lesquelles une fenêtre à trois bits contiendrait des bits 010, ou 011. C'est pourquoi la piste supérieure n'est pas suffisante pour définir par elle-même d'une manière absolue la position de la plaque si elle peut se déplacer dans les deux sens. Cependant, en combinaison avec la sortie de l'unité 73, sa position peut être identifiée de manière univoque quel que soit le sens. En effet, cette unité est capable d'indiquer, à partir des pistes 22 et 23, que la plaque 20 s'est déplacée d'un bit (ou de plusieurs bits) vers la gauche à partir de la position 0100, de sorte que l'on peut définir la position absolue de la plaque. Si ce dispositif subit une panne d'alimentation faisant perdre le contenu du registre 72, la place A du registre sera occupée de nouveau dès que l'alimentation sera rétablie. Bien que ceci ne permette pas immédia- tement une identification univoque de la position de la plaque codée, il suffira que la plaque soit déplacée ensuite de trois bits vers la droite, ce qui remplira à nouveau le registre et permettra d'identifier toutes les positions suivantes, après des déplacements dans un sens ou dans l'autre. Avec ce système, il faut assurer un déplacement de la plaque vers la droite après une éventuelle perte des informations de position, mais c'est une contrainte moindre que ce que l'on doit généralement faire dans un tel cas avec un codeur purement incrémentiel. Dans une variante de réalisation de l'invention, il est possible d'utiliser deux registres à décalage qui reçoivent le même signal de sortie venant de la cellule photoélectrique l51, mais à des extrémités opposées. De cette manière, l'un des registres se remplit par les déplacements de la plaque codée vers la gauche, et l'autre par les déplacements vers la droite. Après une panne d'alimentation dans un tel dispositif, un déplacement de la plaque 20 sur trois bits dans n'importe quel sens fournit à l'un des registres suffisamment d'informations pour l'identi- fication absolue de la position de la plaque. Dans une autre variante, on peut utiliser un seul registre à décalage à sept places (7 = 2n-l) o l'entrée des données venant de la piste 21 se fait dans la place centrale, c'est-à-dire la quatrième place. Dans certains transducteurs, la plaque codée ne peut se déplacer que dans un seul sens. Par exemple, la plaque peut être un disque tournant dans un sens donné autour de son centre et portant des pistes codées circulaires et concentriques. Dans une autre variante, la plaque peut être constituée par une courroie formant une boucle sans fin qui tourne dans un sens et sur laquelle les pistes sont longitudinales. Avec de tels transducteurs, il n'est pas nécessaire d'avoir une information relative au sens et il suffit d'un seul registre à décalage. Si une information relative au sens est nécessaire, elle ne nécessite pas toujours deux pistes distinctes déphasées mutuellement. On peut prévoir une variante telle que celle de la figure 4, dans laquelle on utilise une seule piste 22' en regard de laquelle sont placées deux fiores réceptrices 42' et 43' qui sont espacées dans la direction longitudinale de la piste, de manière à être déphasées mutuellement, donc de changer d'état à des moments différents. Au lieu d'une plaque codée au moyen de zones transparentes et opaques, on peut prévoir un codage par des pistes ayant des zones respectives réfléchissantes et non réfléchissantes, comme dans le dispositif illustré par la figure 5. Ce dispositif utilise un agencement à multiplexage temporel. Une source 100 génère des impulsions de lumineuses qui sont transmises, à travers un premier coupleur 101 et un câble optique 102, à un second coupleur 103 ayant trois sorties sous la forme de lignes à retard 104, 105 et 106. Les lignes à retard introduisent différents retards dans les impulsions qui sont transmises à une tête de lecture 107, laquelle focalise les impulsions lumineuses sur trois pistes réfléchissantes respectives d'une plaque de codage 108. Les impulsions lumineuses réfléchies par la plaque 108 reviennent par les mêmes lignes à retard -9- 104 à 106 vers le second coupleur 103, puis vers Je premier coupleur 101 par le càble unique 102. Un échantillon de ces impulsions réfléchies est délivré par un guide optique 110 à une unité de traitement 111. Les pistes de la plaque 108 sont identifiées par les différents retards introduits sur le parcours des impulsions lumineuses atteignant Jes différentes pistes. Il est possible d'utiliser ce genre d'agencement à multiplexage temporel avec d'autres formes de codage. La présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation mentionnés ci-dessus, mais elle s'étend à toute modification ou variante dans la compétence d'un homme du métier. En particulier, on notera qu'elle n'est pas limitée à l'emploi d'éléments à codage optique, car elle peut faire usage d'autres formes de codage telles que le codage magnétique ou l'emploi de zones électriquement conductrices et non I 5 conductrices. - 10 - Revendications 1. Transducteur de position comportant au moins un capteur et un élément codé coopérant avec ce capteur, l'élément codé ayant une première piste codée qui est mobile par rapport au capteur dans une direction longitudinale de la piste, caractérisé en ce que ladite première piste (21) comporte un motif binaire pseudo-aléatoire ayant une longueur de 2n bits, en ce que le capteur (50-70) comporte une mémoire (72) pour au moins n bits, en ce que le capteur est agencé pour lire individuellement un bit sur ladite piste (21) et l'introduire dans la mémoire (72) de manière que la mémoire contienne les derniers n bits lus sur la piste, et en ce que le transducteur est agencé pour déterminer la position absolue de la piste (21) et donc de l'élément codé (20) à partir du contenu de la mémoire (72). 2. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément codé (20) comporte une deuxième piste (22) parallèle à la première (21), en ce que la deuxième piste (22) est codée au moyen de bits de même longueur que ceux de la première piste (21), et en ce que le capteur (5070) est agencé pour lire la deuxième piste (22) et utiliser cette lecture pour déterminer des limites des bits de la première piste (21). 3. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce que l'élément codé (20) comporte une troisième piste (23) parallèle à la deuxième (22), en ce que la troisième piste (23) est codée au moyen de bits de même longueur que la première et la deuxième piste (21 et 22), en ce que les bits de la troisième piste (23) sont décalés par rapport à ceux de la seonde piste (22), et en ce que le capteur (50-70) est agencé pour effectuer une lecture sur la deuxième et la troisième piste et utiliser cette lecture pour délivrer des signaux qui changent à différents emplacements le long de l'élément codé, d'une manière permettant de déterminer le sens de déplacement de l'élément codé. 4. Transducteur selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comporte deux capteurs (42' et 43') espacés longitudinalement l'un de l'autre en I1 - regard de la deuxième piste (22'), de sorte que les signaux de sortie de ces deux capteurs changent à différents emplacements le long de l'élément codé, de manière à permettre - de déterminer le sens de déplacement de l'élément codé (20). 5. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte deux mémoires prévues chacune pour n bits et recevant chacune les mêmes bits de la première piste (21), en ce qu'un déplacement de l'élément codé (20) dans un sens a pour effet de remplir une première des mémoires et de vider l'autre, et en ce qu'un déplacement de l'élément codé (20) dans le sens opposé a pour effet de remplir l'autre mémoire et de vider la première. 6. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la mémoire comporte 2n-1 places de mémoire, en ce que les bits lus sur la première piste (21) sont introduits à une place centrale de la mémoire et sont déplacés le long de la mémoire dans des sens opposés en fonction du sens de déplacement de l'élément codé (20). 7. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'élément codé (20) est de forme rectangulaire, en ce que la piste ou chaque piste (21, 22, 23) est rectiligne, et en ce que l'élément codé est mobile suivant une ligne droite parallèle à ladite piste. 8. Tranduscteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que la première piste (21) est codée optiquement. 9. Transducteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que la première piste (21) est codée par une alternance de zones opaques et de zones transparentes. J10. Transducteur selon la revendication 1, caractérisé en ce -que le capteur (107, 103, 101, III) est couplé à l'élément codé (108) par multiplexage temporel.