Brevet FR2657427A1 — publié le 19910726

PROCEDE POUR L'ADAPTATION EN FONCTION DE LA TEMPERATURE DES CONDITIONS D'OSCILLATION D'UN CIRCUIT OSCILLANT ET DETECTEUR DE PROXIMITE METTANT EN OEUVRE LEDIT PROCEDE. La présente invention concerne un procédé pour l'adaptation en fonction de la température des conditions d'oscillation d'un circuit oscillant, ainsi qu'un dispositif tel que, par exemple, un détecteur de proximité utilisant un circuit oscillant mettant en oeuvre ledit procédé. Elle s'applique plus particulièrement à la réalisation de détecteurs de proximité exploitant les modifications des caractéristiques ou des états oscillatoires (amplitude, fréquence, gain, état oscillant, état bloaué) du circuit oscillant, dues à la présence (ou à l'absence), à proximité de la bobine de ce circuit, d'un objet en matériau électriquement conducteur. On sait que la sensibilité de ces détecteurs et, en particulier, leur portée, est limitée en raison de la dépendance en température du circuit oscillant. On constate à ce sujet que le coefficient de qualité du circuit oscillant diminue avec une augmentation de la température et qu a partir d'une certaine distance, l'influence de la température sur ce coefficient devient plus importante que les modifications des caractéristiques oscillatoires du circuit oscillant engendrées par la présence de l'objet conducteur. Pour s'affranchir de cet inconvénient, on a proposé différentes solutions visant à compenser en température le facteur de qualité de la bobine en fonction d'une valeur mesurée représentative de la variation de la résistance spécifique du materiau conducteur de la bobine oscillatrice. L'une # uns de ces solutions, faisant l'objet du brevet FR 2 420 119 au nom de la Demanderesse, consiste à utiliser une bobine comprenant un enroulement multibrins dont au moins un premier brin constitue la bobine oscillatrice et dont un deuxième brin est utilisé pour assurer la susdite compensation. Une autre solution consiste à connecter ce second brin, par l'une de ses extrémités, à l'une des extrémites de la bobine oscillatrice et, par l'autre extrémité, à une source de courant alternatif à amplitude constante qui produit l'excitation du circuit oscillant. La compensation en température est alors assurer grâce à la chute de potentiel engendrée aux bornes du second brin. Cette chute de potentiel, qui varie en fonction de la température, équilibre la chute de potentiel provoquée par la résistance de cuivre de la bobine oscillatrice.On obtient donc ainsi la compensation souhaitée. Par contre, il s'avère, à l'usage, que cette solution est relativement coûteuse en énergie, notamment en raison de l'énergie dissipée par le second brin qui est traversé par la totalité du courant circulant dans le circuit oscillant. Il est clair que cette dissipation énergétique implique des sources d'énergie électrique plus importantes et constitue donc un obstacle à la réalisation de détecteurs de proximité autonomes à la fois légers et présentant une grande autonomie. L'invention qui utilise un autre procédé a donc plus particulièrement pour but de supprimer cet inconvénient. Elle propose à cet effet un procédé pour l'adaptation en fonction de la température des conditions d'oscillation d'un circuit oscillant comprenant deux enroulements reliés l'un à l'autre par l'une de leurs extrémités, à savoir : un premier enroulement constituant la bobine oscillatrice et un second enroulement constituant une bobine auxiliaire et, montée en parallèle sur la bobine oscillatrice, une boucle comprenant un condensateur.Selon l'invention, ce procédé est caractérisé en ce qu'il consiste à utiliser une résistance négative montée dans ladite boucle en série avec ledit condensateur, à coupler les deux enroulements l'un à l'autre de manière à constituer un transformateur ayant de préférence un rapport de transformation unitaire et à ajuster, à chaque instant, la résistance négative en fonction de la tension présente aux bornes de la bobine auxiliaire, de manière à adapter, en fonction de la température, les conditions d'oscillation du circuit oscillant. En particulier, cette résistance négative sera conçue et ajustée de manière à présenter, à chaque instant, une valeur exactement opposée à la résistance de perte de la bobine oscillatrice. On désigne présentement par résistance négative un circuit actif parcouru par un courant de sens opposé à celui qui parcourerait une résistance soumise à une tension de même sens. En pratique, la susdite tension aux bornes de la bobine auxiliaire pourra être appliquée, après amplification par un amplificateur de tension à l'armature du condensateur autre que celle qui est reliée à la bobine oscillatrice. En effet, compte tenu du courant circulant dans ce condensateur, cette disposition équivaut à disposer d'une résistance négative entre l'armature du premier condensateur non relié à la bobine oscillatrice et l'extrémité de cette bobine oscillatrice non reliée au premier condensateur, un rapport fixe du gain de l'amplificateur permettant d'opposer exactement la valeur de la résistance négative à la résistance de cuivre de la bobine oscillatrice. Selon une variante de ce procédé, le circuit oscillant fait en outre intervenir un condensateur supplémentaire monté en parallèle avec la bobine oscillatrice et avec l'ensemble constitué par le,premier condensateur, en série avec la résistance négative. Dans ce cas, la consommation du circuit d'adaptation des conditions d'oscillation est réduite en diminuant la valeur du condensateur et en augmentant corrélativement le gain de l'amplificateur de tension (cette opération correspondant à une adaptation d'impédance). Des modes d dlexécution de l'invention seront décrits ci- après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une représentation schématique illus trant le principe d'un circuit oscillant adapté conformément au procédé selon l'invention La figure 2 représente le circuit d'un exemple d'exé cution d'un détecteur de proximité selon l'inven tion ; et La figure 3b est un schéma équivalent du circuit représenté figure 3a qui montre la bobine à deux enroulements constituant un transformateur de gain unitaire et l'amplificateur de tension connecté à l'extrémité libre de l'enroulement auxiliaire. Tel que représenté figure 1, le circuit oscillant 1 fait intervenir une bobine à deux enroulements, à savoir un premier enroulement servant de bobine oscillatrice B1 et un deuxième enroulement servant de bobine auxiliaire B2, ces deux bobines B1, B2 étant connectées l'une à l'autre par l'une de leurs extrémités au niveau d'un point de jonction I. Ce circuit oscillant 1 comprend en outre une boucle incluant un premier condensateur C1, monté en série avec une résistance négative variable R-l destinée à compenser la résistance de perte RPB de la bobine oscillatrice, l'ensem- ble condensateur Cl/résistance négative R-l étant monté en parallèle sur la bobine oscillatrice B1. La borne d'ajustement de cette résistance négative P-l est reliée à l'extrémité libre de la bobine auxiliaire B2, par l'intermédiaire d'un amplificateur de tension G (présentant une impédance d'entrée théoriquement infinie). Comme précédemment mentionné, les deux bobines B1, B2 sont agencées de manière à réaliser un transformateur parfait de rapport 1 dont le secondaire, ici la bobine auxiliaire B2, est relié par l'une de ses extrémités à la bobine oscillatrice B1 et dont l'autre extrémité (reliée à une entrée d'impédance infinie) est portée à une tension égale à celle engendrée par la résistance de perte RPB de la bobine oscillatrice B1. De ce fait, le circuit comprenant les deux bobines B1, B2 et l'amplificateur G (figure 3a) peut être schématisé comme représenté figure 3b dans laquelle la bobine oscillatrice B1 a été représentée par une bobine idéale B (sans perte) en série avec une résistance de perte RPB. Dans ce cas, la bobine auxiliaire B2 est supprimée et l'entrée de l1amplifi- cateur de tension G est connectée au point de jonction entre la bobine B et la résistance de perte RPB, par l1intermé- diaire d'une résistance R (en traits interrompus). Compte tenu du fait que la résistance d'entrée de l'amplificateur G est infinie, le courant traversant la résistance R peut être considéré nul et, en conséquence, la résistance R peut être négligée. Bien entendu, la résistance négative R-l, qui est pilotée par une tension image de celle engendrée par la résistance de perte RPB de la bobine oscillatrice, sera conçue de manière à présenter constamment une valeur opposée à celle de la résistance de perte RPB de la bobine B1. Il est clair qu'on s'affranchit ainsi des variations de la résistance de perte RPB de la bobine oscillatrice B1, notamment en fonction de la tenpérature. Le détecteur de proximité représenté sur la figure 2 utilise un circuit oscillant du type de celui représenté sur la figure 1, mais dans lequel l'amplificateur de tension G est directement connecté par sa sortie à l'armature du condensateur C1 qui n'est pas reliée au point de jonction I des bobines. Ce circuit oscillant comprend en outre, en option, un deuxième condensateur C'1 (représenté en traits interrompus) monté en parallèle sur la bobine oscillatrice B1 et dont le rôle sera expliqué ci-après. L'amplificateur de tension présente un gain fixe G1 tel que Compte tenu de la valeur de ce gain, les conditions ocillatoires de ce circuit oscillant seront déterminées ci-après à partir du calcul de la différence de potentiel (v-VA) aux bornes de la bobine oscillatrice idéale B, calcul qui conduit aux expressions suivantes D'où 1'équation (3) par identification des équations (1) et (2) Cette équation permet de définir les conditions suivantes, pour lesquelles le circuit entrera en oscillation (On note que si l'on enlève la capacité Ct1 du montage (C'1 = 0), alors G1 = 1, ce qui correspond au schéma de la figure 1). On constate donc que ces conditions d'oscillation sont indépendantes de la valeur de la résistance de perte RPB de la bobine B1 et, par conséquent, des variations de cette résistance RPB en fonction de la température. Il convient de noter que le courant qui doit être délivré par l'amplificateur G peut être diminué en réduisant la valeur du condensateur C1. En conséquence, le gain de cet amplificateur G devra être augmenté de manière à ce que G1 C'1 reste égal à 1 + C Ceci correspond à une adaptation C1 d'impédance vis à vis de l'énergie à fournir au circuit oscillant et conduit à une meilleure utilisation de l'énergie disponible. Bien entendu, le circuit représenté sur la figure 2 doit en outre comprendre, en plus du circuit d'adaptation qui permet d'obtenir l'équivalent d'un circuit oscillant parfait, un circuit faisant office de résistance négative qui comporte ici un amplificateur opérationnel A, dont - la sortie est connectée au point de raccordement I des deux bobines B1, B2, par l'intermédiaire d'une résistance R3 - l'entrée directe est directement reliée au point I ; - l'entrée inverseuse est connectée au point médian d'un pont diviseur de tension Ro, R5 dont une extrémité est reliée à la masse et l'autre extrémité est reliée à la sortie de l'ampLificateur A. Ce circuit équivalent à une résistance négative est destiné à assurer- l'apport énergétique permettant de compenser les pertes supplémentaires provoquées par la présence d'un matériau électriquement conducteur au voisinage de la bobine. La valeur de cette résistance négative peut être ajustée pour que l'on obtienne l'entrée en oscillation du circuit oscillant B1, C1, C'1 (ou, éventuellement, l'arrêt des oscillations) à la distance de commutation (écran/bobine) souhaitée. Comme précédemment mentionné, le circuit représenté figure 2 permet une détection satisfaisante avec une réduction considérable de la consommation énergétique du circuit. Revendications çl. Procédé pour l'adaptation en fonction de la température des conditions d'oscillation d'un circuit oscillant comprenant deux eirroulements reliés l'un à l'autre par l'une de leurs extrémités, à savoir : un premier enroulement (B1) constituant la bobine oscillatrice et un second enroulement (B2) constituant une bobine auxiliaire et, montée en parallèle sur la bobine oscillatrice (B1), une boucle comprenant un condensateur (C1), caractérisé en ce qu'il consiste - à utiliser une résistance négative (R-1) montée dans la susdite boucle en série avec ledit condensateur (C1), - à coupler l'un à l'autre les deux enroulements (B1, B2) de manière à constituer un transformateur ayant un rapport de transformation unitaire, - à ajuster, à chaque instant, la résistance négative (R-l) en fonction de la tension présente aux bornes de la bobine auxiliaire (B2) de manière à adapter, en fonction de la température, les conditions d'oscillation du circuit oscillant. +2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la susdite résistance négative (R-l) est conçue et ajustée de manière à présenter, à chaque instant, une valeur exactement opposée à la résistance de perte de la bobine oscillatrice (B1). S 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la susdite tension est appliquée, après amplification par un amplificateur de tension (G), à l'armature du condensateur (C1) non reliée à la bobine oscillatrice (B1) de manière à obtenir entre cette armature et l'extrémité de la bobine oscillatrice non reliée à la bobine auxiliaire (B2), la résistance négative (R-l). u 4. Détecteur de proximité mettant en oeuvre le procédé selon l'une des revendications 1 à 3, ce détecteur comprenant un circuit oscillant faisant intervenir une bobine comprenant deux enroulements reliés l'un à l'autre par l'une de leurs extrémités, à savoir : un premier enroulement constituant une bobine oscillatrice (B1) et un second enroulement constituant une bobine auxiliaire (B2), ledit circuit oscillant comprenant, montée en parallèle sur la bobine oscillatrice (B1), une boucle comprenant un premier condensateur (C1), caractérisé en ce qu'il comprend un circuit d'adaptation à résistance négative comportant un amplificateur de tension (G) dont une entrée est connectée à l'extrémité de la bobine auxiliaire, non reliée à la bobine oscillatrice et dont la sortie est reliée à l'armature du premier condensateur (C1) non reliée à la jonction des deux bobines. t 5. Détecteur de proximité selon la revendication 4, caractérisé en ce qu: il comprend un second condensateur (C'1) monté en parallèle sur la bobine oscillatrice, ce condensateur (C1) servant à assurer une adaptation d'impédance de manière à réduire la consommation d'énergie du circuit d'adaptation. w6. Détecteur de proximité selon la revendication 4 ou 5, caractérisé en ce qu'il comprend une deuxième résistance négative (A, R3) montée en parallèle sur la bobine oscillatrice (B1). 7. Détecteur de proximité selon la revendication 6, caractérisé en ce que la deuxième résistance négative est constituée par un amplificateur de tension (A) dont l'entrée est reliée à la bobine oscillatrice (B1) et la sortie est reliée à l'entrée par l'intermédiaire d'une résistance (R3).