Brevet FR2679648A1 — publié le 19930129

-1- TRANSMETTEUR ANALOGIQUE DE POSITION ET DE SENS DE ROTATION La présente invention concerne un dispositif permettant une détection de position et de sens de rotation d'un élément tournant, comprenant un modulateur lié en rotation à l'élément tournant, et deux capteurs dont chacun est susceptible d'adopter un premier ou un second état selon qu'il est influencé ou non par le modulateur, ces deux capteurs changeant d'état au moins deux fois, et pour des positions différentes de l'élément tournant, sur un tour complet de ce dernier. Un dispositif de ce type est par exemple décrit dans les brevets US 4 588 982, US 4 665 359, et US 4 827 123, et sont généralement bien connus dans l'art antérieur. De tels dispositifs sont notamment utilisés pour le codage de la position et du sens de rotation de disques de compteurs d'énergie électrique et font le plus souvent appel à des techniques optiques, chacun des capteurs comprenant un photo-émetteur et un photo-récepteur, et le modulateur étant constitué par un obturateur optique propre, en fonction de sa position, à isoler optiquement, ou non, le photo- récepteur du photo-émetteur correspondant. Un problème se pose néanmoins dans l'art antérieur, par exemple lorsqu'il s'agit, à des fins de téléreport, de pouvoir transmettre à distance l'information relative à la position et au sens de rotation du disque. En effet, comme l'information concernée ne peut, dans une représentation numérique, être codée que sur deux bits, la transmission de cette information requiert a priori le recours à des modes série ou parallèle de transmission -2- d'information numérique, tous deux trop complexes pour l'application envisagée. De plus, toute transmission à distance fait apparaître un risque de perte d'information, donc la nécessité de vérifier la qualité de la transmission. Dans ce contexte, la présente invention a pour but de proposer un dispositif d'une grande simplicité, capable à très bon prix d'assurer une transmission fiable d'une information représentative de la position et du sens de rotation d'un élément tournant. A cette fin, le dispositif de l'invention est essentiellement caractérisé en ce qu'en plus du modulateur et des deux capteurs, il comprend un encodeur pour produire sur une sortie un signal analogique dont l'amplitude varie, à chaque changement d'état de chaque capteur, d'une valeur qui dépend de ce capteur. Dans l'application principale du dispositif, l'encodeur est avantageusement constitué par un réseau essentiellement résistif alimenté par une tension prédéterminée et présentant une résistance dépendant des états des capteurs de manière à produire, en tant que signal analogique, un courant25 représentatif de ces états, et ce courant traverse une résistance de mesure aux bornes desquelles est branché un décodeur. La tension prédéterminée est par exemple fournie par un régulateur de tension disposé à proximité de l'encodeur et relié à un potentiel de travail par l'intermédiaire d'un premier conducteur, et l'encodeur est relié à une tension de référence Vo à travers un second conducteur et ladite résistance de mesure.35 -3- L'amplitude du signal analogique que représente le courant délivré par l'encodeur a de préférence une valeur minimale non nulle, de manière à permettre l'alimentation des capteurs et de l'électronique associée, ainsi que la détection d'une éventuelle ouverture de la ligne bifilaire que constituent les premier et second conducteurs. Le décodeur peut être simplement constitué par un convertisseur analogique-numérique standard, auquel sont reliés des moyens logiques, par exemple un microprocesseur,10 propres à émettre un signal de défaut lorsque l'amplitude du signal analogique, telle que mesurée par ce convertisseur, prend une valeur différente de toutes celles d'un ensemble de valeurs prédéterminées, ces dernières étant constituées par les valeurs normalement prises par l'amplitude du signal15 analogique, éventuellement complétées par des valeurs qui en diffèrent par des écarts acceptables. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite20 ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés, sur lesquels: La figure 1 est une vue partielle en perspective d'un disque d'un compteur d'énergie électrique, doté d'un modulateur et de deux capteurs; Les figures 2 a à 2 d sont des vues de dessus schématiques des capteurs et du modulateur, pour diverses positions de ce dernier; La figure 3 représente l'amplitude du signal analogique produit par l'encodeur, pour les différentes positions angulaires alpha du modulateur, telles que représentées sur les figures 2 a à 2 d; et -4- La figure 4 est un schéma de montage possible du dispositif de l'invention. Comme le montre la figure 1, le dispositif de l'invention utilise un modulateur 1 associé à deux capteurs 2 a, 2 b d'une part et 3 a, 3 b d'autre part, pour repérer la rotation d'un élément tournant, tel qu'un disque 4 de compteur d'énergie électrique. A cette fin, le modulateur 1, qui prend en l'occurrence la forme de deux secteurs circulaires de 90 degrés, diamétralement opposés l'un à l'autre, est lié en rotation au disque 4 et par exemple monté sur le même axe 5 que ce dernier. Bien que les capteurs puissent, en fonction de l'application envisagée, prendre diverses formes, et notamment celle de cellules à effet Hall, les capteurs dans l'application décrite sont de préférence des capteurs optiques, composés chacun d'un photo-émetteur tel que 2 a, 3 a, et d'un photo-récepteur tel que 2 b,3 b, le modulateur étant alors constitué par un obturateur optique et disposé, en fonctionnement, de manière à passer entre chaque émetteur 2 a, 3 a et chaque récepteur 2 b, 3 b et à couper ainsi le faisceau lumineux allant de l'un à l'autre. Chaque capteur, et plus spécifiquement chaque photo-récepteur 2 b, 3 b, adopte un premier ou un second état, dans chacun desquels il délivre sur sa sortie 2 s, 3 S un signal représentatif de cet état, selon qu'il est ou non influencé par l'obturateur 1, c'est-à-dire qu'il reçoit ou non la lumière émise par le photo-émetteur 2 a, 3 a correspondant. Les capteurs 2 a, 2 b d'une part, et 3 a, 3 b d'autre part sont angulairement espacés l'un de l'autre par exemple d'un angle au centre de 452, et l'obturateur 1 est conformé et disposé -5- de manière telle que les capteurs puissent changer d'état au moins deux fois (quatre fois avec les moyens illustrés), et pour des positions différentes du disque 4, sur un tour complet de ce disque. Plus précisément, comme le montrent les figures 2 a à 2 d, les capteurs sont disposés de manière que leurs faisceaux lumineux respectifs soient tous les deux interceptés par l'obturateur 1 pour une certaine position de ce dernier, soient tous les deux transmis pour une autre position de cet obturateur, et que chacun de ces faisceaux, pour d'autres positions encore de l'obturateur, soit intercepté pendant que l'autre faisceau est transmis. Comme le montre la figure 4, le dispositif comprend en outre un encodeur 6 propre à produire sur une sortie 6 S un courant dont l'intensité dépend de façon univoque des états adoptés par les capteurs. Par exemple, l'encodeur comprend un réseau de résistances 6 c, 6 d, 6 e montées en parallèle, et des interrupteurs 6 f et 6 g reliés aux sorties 2 S et 3 S des photo-récepteurs 2 b et 3 b par des conducteurs respectifs 6 a, 6 b, ces interrupteurs étant propres à connecter et déconnecter les résistances 6 d et 6 e, respectivement, en fonction des états des capteurs 3 a, 3 b et 2 a, 2 b. La tension aux bornes 6 i, 6 S de la résitance 6 c, et des autres résistances 6 d et 6 e lorsqu'elles sont connectées, est fixée à une valeur constante par un régulateur de tension 8 disposé à proximité de l'encodeur 6 et lui-même relié à un potentiel de travail +V par l'intermédiaire d'un premier conducteur 7 a. Le courant délivré par l'encodeur 6 sur sa sortie 6 S est acheminé, par un second conducteur 7 b, jusqu'à la première -6- borne d'une résistance 9 dont l'autre borne est reliée à un potentiel de référence Vo. Les résistances 6 d et 6 e ont des valeurs différentes et choisies de manière que l'intensité du courant délivré par l'encodeur 6 varie, à chaque changement d'état de chaque capteur, d'une valeur qui dépend de ce capteur, autrement dit qui diffère d'un capteur à l'autre. Les conducteurs 7 a et 7 b peuvent former une ligne bifilaire relativement longue, par exemple de plusieurs dizaines de mètres. La première borne de la résistance 9 est reliée à l'entrée i Qa d'un décodeur 10, éloigné du régulateur de tension 8, avantageusement constitué par un convertisseur analogique- numérique et recevant donc une tension normalement représentative du courant délivré par l'encodeur 6. Les sorties numériques du décodeur 10 sont reliées à des moyens logiques, par exemple un microprocesseur 11, propres à émettre sur une sortie lla un signal de défaut lorsque la tension aux bornes de la résistance 9, telle que mesurée par le décodeur 10, prend une valeur différente de toutes celles que représentent l'ensemble des valeurs attendues en fonctionnement normal du dispositif. Il est avantageux, en particulier pour permettre l'alimentation des capteurs, de prévoir que le courant débité par l'encodeur 6 ne soit jamais nul. Cette caratéristique est illustrée sur la figure 3, sur laquelle chaque niveau de signal est celui qui doit être obtenu pour la disposition relative de l'obturateur 1 et des capteurs qui est représentée sur la figure 2 a, 2 b, 2 c, ou 2 d correspondante. -7- Ainsi, lorsque les deux photo-récepteurs 2 b, 3 b sont privés de lumière (figure 2 a), le courant Ia produit par l'encodeur 6 a par exemple une valeur de 10 m A; lorsque seul le premier photo-récepteur 2 b est privé de lumière (figure 2 b), le courant Ib produit par l'encodeur 6 a une valeur de 20 m A; lorsqu'aucun photo-récepteur n'est privé de lumière (figure 2 c), le courant Ic produit par l'encodeur 6 a une valeur de m A; et lorsque seul le second photo-récepteur 3 b est privé de lumière (figure 2 d), le courant Id produit par l'encodeur 6 a une valeur de 30 m A, chaque valeur Ia, Ib, Ic, Id du courant étant associée à une valeur correspondante et proportionnelle Va, Vb,Vc, et Vd de la tension dans la résistance 9. Dans les conditions représentées sur la figure 3, un changement d'état du capteur 2 a, 2 b produit donc une variation positive ou négative de 20 m A de l'intensité du courant délivré à la résistance 9, tandis qu'un changement d'état du capteur 3 a, 3 b ne produit qu'une variation positive ou négative de 10 m A, donc différente de la première. Pour ce faire, la tension établie par le régulateur de tension 8 entre l'entrée 6 i et la sortie 6 S de l'encodeur 6 sont donc choisies de manière que la résistance 6 c soit traversée par un courant constant de 10 m A, que la résistance 6 f soit traversée par un courant de 10 m A ou de O m A, selon qu'elle est connectée ou non, et que la résistance 6 g soit traversée par un courant de 20 m A ou de O m A, selon qu'elle est connectée ou non. Dans les conditions décrites, la tension de travail +V peut varier dans des proportions importantes, par exemple entre 9 et 24 V, sans affecter le fonctionnement du dispositif dans la mesure o la tension établie aux bornes de l'encodeur 6 par le régulateur 8 est dans une large mesure indépendante de la tension de travail +V, donc constante, au moins lorsqu'elle est appliquée. -8- Cette caractéristique permet, même en cas de variations de la tension +V, de détecter d'éventuels défauts de transmission. En effet, les valeurs attendues par le convertisseur 10 sont, dans l'exemple décrit, idéalement proportionnelles à 10, 20, 30 et 40 m A, et concrètement proportionnelles à ces valeurs plus ou moins quelques pourcents, pour tenir compte notamment de la précision limitée avec laquelle sont définies les résistances 6 c, 6 d, 6 e et 9 Néanmoins, l'obtention de valeurs très sensiblement différentes permet de détecter et d'identifier d'éventuelles anomalies, en particulier un10 court-circuit de la ligne si la valeur du courant traversant la résistance 9 est trop élevée, et une ouverture de la ligne si ce courant est nul ou pratiquement nul. Comme l'homme de l'art l'aura compris à la lecture de la description qui précède, la détection du sens de rotation du disque est fondée sur l'ordre de succession des différentes valeurs d'intensité du courant traversant la résistance 9. Ainsi la séquence Ia, Ib, Ic, Id (figure 3) révèle une rotation dans le sens des aiguilles d'une montre, comme représentée sur les figures 2 a à 2 d, tandis que la séquence Id, Ic, Ib, Ia indique une rotation en sens inverse. Comme le suggère l'interrupteur 12 de la figure 4, le dispositif de l'invention, au lieu d'être alimenté de façon continue, peut n'être alimenté que de façon périodique par fermeture de l'interrupteur 12 à une fréquence au moins égale au double de la fréquence d'apparition des états à la fréquence maximale de rotation du disque 4.30 Dans ce cas, la tension délivrée par le régulateur 8, bien que n'étant plus constante dans le temps, garde une valeur fixe et prédéterminée lorsqu'elle est appliquée. -9- REVENDICATIONS. 1 Dispositif permettant une détection de position et de sens de rotation d'un élément tournant ( 4), comprenant un modulateur ( 1) lié en rotation à l'élément tournant, et deux capteurs ( 2 a, 2 b; 3 a, 3 b) dont chacun est susceptible d'adopter un premier ou un second état selon qu'il est influencé ou non par le modulateur, ces deux capteurs changeant d'état au moins deux fois, et pour des positions différentes de l'élément tournant, sur un tour complet de ce dernier, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un encodeur ( 6) pour produire sur une sortie ( 6 s) un signal analogique dont l'amplitude varie, à chaque changement d'état de chaque capteur, d'une valeur qui dépend de ce capteur. 2 Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'encodeur ( 6) est un réseau essentiellement résistif alimenté par une tension prédéterminée et présentant une résistance dépendant des états des capteurs ( 2 a, 2 b; 3 a, 3 b) de manière à produire, en tant que signal analogique, un courant représentatif de ces états, et en ce que ce courant traverse une résistance de mesure ( 9) aux bornes desquelles est branché un décodeur ( 10). 3 Dispositif suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la tension prédéterminée est fournie par un régulateur de tension ( 8) disposé à proximité de l'encodeur ( 6) et relié à un potentiel de travail par l'intermédiaire d'un premier conducteur ( 7 a) et en ce que l'encodeur ( 6) est relié à une tension de référence Vo à travers un second conducteur ( 7 b) et ladite résistance de mesure ( 9). 4 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplitude du signal analogique a une valeur minimale non nulle. -10- Dispositif suivant l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisé en ce que ledit décodeur ( 10) est un convertisseur analogique-numérique. 6 Dispositif suivant la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comprend en outre des moyens logiques ( 11) reliés audit convertisseur analogique-numérique et propres à émettre un signal de défaut lorsque l'amplitude du signal analogique, telle que mesurée par ce convertisseur, prend une valeur différente de toutes celles d'un ensemble de valeurs prédéterminées. 7 Dispositif suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'élément tournant ( 4) est un disque d'un compteur d'énergie électrique. 8 Dispositif suivant la revendication 7, caractérisé en ce que chacun des capteurs comprend un photo-émetteur ( 2 a, 3 a) et un photo- récepteur ( 2 b, 3 b), et en ce que le modulateur ( 1) est un obturateur optique propre, en fonction de sa position, à isoler optiquement, ou non, le photo-récepteur du photo-émetteur correspondant. y