Brevet FR2694414A1 — publié le 19940204

La présente invention concerne le domaine des détecteurs de proximité. On a déjà proposé de nombreux détecteurs de proximité, en particulier des dispositifs optiques, notamment à infra-rouge, des dispositifs de type radar ou encore des dispositifs à capteurs de température. La présente invention a maintenant pour but de proposer un nouveau détecteur de proximité adapté notamment, mais non exclusivement, pour la commande d'un appareil de distribution de fluide, tel qu'un appareil de distribution d'eau dans le cadre d'une application sanitaire, par exemple un robinet de lavabo ou de douche. A cet égard, les détecteurs de proximité connus ne donnent pas totalement satisfaction. Les détecteurs optiques à infra-rouge ne permettent pas une détection fiable. En particulier ils réagissent différemment selon la couleur de la peau des individus. Les détecteurs de proximité du type radar comprennent généralement un oscillateur comportant une diode, telle qu'une diode Gunn, une diode Schottky, ou encore une diode Tunnel, placée dans un cornet, de sorte que les ondes réfléchies par un individu s'approchant du cornet modifie le courant dans la diode. Ces détecteurs de proximité ne permettent pas de détecter des corps situés à moins d'un mètre du cornet, alors que dans le cadre de nombreuses applications, notamment dans le cadre des applications sanitaires précédemment évoquées, il est nécessaire de disposer de détecteurs de proximité sensibles à des corps placés à des distances inférieures. Par ailleurs les dispositifs connus du type radar sont assez volumineux, en raison notamment de la présence du cornet. Enfin les détecteurs de proximité à base de capteurs de température ne donnent aucunement satisfaction dans le cadre des applications sanitaires précitées. La présente invention a donc pour but de perfectionner les détecteurs de proximité connus, en proposant notamment un détecteur de proximité de faible encombrement, sensible à des corps situés à une distance inférieure à un mètre. Ce but est atteint selon la présente invention grâce à un détecteur de proximité comprenant - un capteur extra plat formé d'un circuit imprimé comportant une plage métallisée en forme générale de parabole, une plage métallisée formant antenne placée sensiblement au foyer de ladite parabole, et un composant oscillateur relié à ladite antenne, et - un circuit de traitement et d'interprétation des signaux. issus du composant oscillateur. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, la plage métallisée formant parabole et la plage métallisée formant antenne sont placées sur des faces opposées du circuit imprimé. Selon une autre caractéristique avantageuse de la présente invention, le circuit de traitement et d'interprétation comprend un amplificateur à faible niveau, un circuit de mise en forme, une double temporisation et un circuit de commande de puissance. D'autres caractéristiques, buts et avantages de la présente invention apparaitront à la lecture de la description détaillée qui va suivre, et en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemple non limitatif et sur lesquels - la figure 1 représente une première face du circuit imprimé formant le capteur conforme à la présente invention, - la figure 2 représente la seconde face du circuit imprimé formant le capteur conforme à la présente invention, - la figure 3 représente schématiquement un oscillateur conforme à la présente invention, et - la figure 4 représente un circuit de traitement conforme à la présente invention. Comme indiqué précédemment le détecteur de proximité conforme à la présente invention comprend essentiellement un capteur 100 formé d'un circuit imprimé 110 muni d'un oscillateur 180, représenté sur les figures 1 à 3 annexées, et un circuit de traitement 200, représenté sur la figure 4. L'oscillateur 180 est agencé autour d'un transistor T182. Le circuit imprimé 110 est un circuit imprimé double face. Pour clarifier la lecture des figures 1 et 2, on a référencé 111, 112, 113 et 114 les angles communs des deux faces 120, 140 du circuit imprimé 110, représentées respectivement sur les figures 1 et 2. La première face 120 du circuit imprimé 110 représentée sur la figure 1 comprend essentiellement une plage métallisée 122. Cette plage 122 couvre sensiblement les 2/3 de la surface de la face 120. Elle possède un bord libre 124 en forme de parabole. Plus précisément le bord 124 de la plage métallisée 122 a de préférence la forme d'une demie parabole concave. La plage 122 est reliée à la masse du circuit. Le circuit 110 possède un perçage traversant 116 destiné à recevoir le transistor T182. Le perçage 116 est placé sensiblement au centre du circuit imprimé 110, soit en regard de la plage métallisée 122. La plage métallisée 122 présente par conséquent un trou visible sur la figure 1, en regard du perçage 116. La seconde face 140 du circuit imprimé 110 possède trois plages métallisées 150, 160 et 170 équiréparties à 900 autour du perçage 116. Ces trois plages 150, 160 et 170 sont destinées à recevoir respectivement par soudure les pattes de base, d'émetteur et de collecteur du transistor T182. La plage 150 reliée à la base du transistor T182 est reliée à un oeillet 152, placé en regard d'un perçage 153, destiné à recevoir par soudure la première extrémité d'une résistance R184 placée sur la première face 120 du circuit imprimé 110. La seconde extrémité de la résistance R184 est engagée dans un perçage 117 ménagé dans le circuit imprimé 110 à proximité du coin 111 du circuit imprimé 110. Le perçage 117 est centré sur un oeillet 142 formé sur la seconde face 140 du circuit imprimé 110. La seconde extrémité de la résistance R184 est soudée sur l'oeillet 142 et sur la plage de masse 122 au niveau du perçage 117. La plage 150 reliée à la base du transistor T182 est par ailleurs reliée à une plage auxiliaire 154 servant de découplage à la masse de la base du transistor T182. Le condensateur formé, en parallèle de la résistance R184, par cette plage auxiliaire 154 combinée avec la plage de masse 122 placée en regard, est schématisé sous la référence C186 sur la figure 3. La plage 150 reliée à la base du transistor T182 est enfin reliée à un second oeillet 156. Cet oeillet 156 est centré sur un perçage 157. Il est destiné à recevoir une première extrémité d'une résistance de polarisation R188. La résistance R188 est placée sur la première face 120 du circuit imprimé 110. Sa seconde extrémité est engagée dans un perçage 158 centré sur un oeillet 159 formé sur la seconde face 140 du circuit imprimé 110. La seconde extrémité de la résistance R188 est reliée à ce niveau à une borne d'alimentation positive +VCC. La plage 160 reliée à l'émetteur du transistor T182 est reliée à un oeillet 162 centré sur un perçage 164 destiné à recevoir la première extrémité d'une résistance R190. Cette résistance R190 est placée sur la première face 120 du circuit imprimé 110. Sa seconde extrémité est engagée dans un perçage 118 adjacent au perçage 117 précité formé dans la plage 122. Le perçage 118 est par ailleurs centré sur un oeillet 166 formé sur la seconde face 140 du circuit imprimé 110. L'oeillet 166 est relié à l'oeillet 142. La seconde extrémité de la résistance R190 est reliée par soudure à la plage de masse 122 au niveau du perçage 118. La plage 160 reliée à l'émetteur du transistor T182 est également reliée à des plages métallisées 168. servant de couplage avec le collecteur du transistor T182 par l'intermédiaire de la plage de masse 122, comme celà est schématisé sous forme du condensateur de couplage C192 sur la figure 3. En l'espèce, il est prévu une plage de couplage 168 respectivement de chaque côté de la plage 160. La plage 170 reliée au collecteur du transistor T182 est reliée à l'oeillet 159, soit à la borne d'alimentation positive +VCC, par l'intermédiaire d'une plage métallisée 172. Cette plage 172 sert à la fois de self de choc S194 et de condensateur de découplage parallèle C196 pour éviter le transfert de composantes hautes fréquences vers l'alimentation +VCC. La plage 170 reliée au collecteur du transistor T182 est également reliée, par l'intermédiaire d'une plage 174, à une plage 176 formant antenne. La plage 174 sert de self d'accord pour ltoscillateur. La plage 176 formant antenne est rectiligne. Elle passe par le foyer de la parabole 122. Elle s'étend parallèlement à un bord du circuit imprimé 110. La connexion de masse est prise directement sur la plage métallisée 122. La connexion de la borne d'alimentation +VCC est prise au niveau d'un oeillet 197 formé sur la seconde face 140, centré sur un perçage 198, et relié à l'oeillet 159. De préférence il est prévu des oeillets 130, 132, 134 et 136 sur la première face 120 du circuit imprimé 110, respectivement en regard des oeillets 162, 156, 159 et 197 formés sur la seconde face 140. A l'exception de ces oeillets 162, 156, 159 et 197 ainsi que de l'antenne 176, toutes les plages métallisées formées sur la seconde face 140 du circuit imprimé 110, sont réalisées en regard de la plage de masse 122. Par ailleurs, à l'exception des composants T182, R184, R188 et R190 qui sont formés de composants discrets, les autres composants de l'oscillateur représentés sur la figure 3, à savoir C186, C192, S194 et C196, sont formés par les plages métallisées du circuit imprimé. Le circuit imprimé 110 a typiquement une longueur de l'ordre de 6 cm et une largeur de l'ordre de 4 cm. L'oscillateur 180 travaille de préférence à une fréquence de l'ordre de 4,5 GHz. Son lobe de rayonnement est typiquement de l'ordre de 2700. Le circuit de traitement 200 représenté sur la figure 4 annexée comprend un étage d'entrée 210, un amplificateur à faible niveau 220, un étage de mise en forme 230, une double temporisation 240 et un étage de sortie de puissance 250. L'étage d'entrée 210 a son entrée 211 reliée au collecteur du transistor T182. Cette entrée 211 est reliée à la borne d'alimentation positive +VCC par une résistance R212. L'entrée 211 est découplée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur C213 servant de filtre. L'entrée 211 est reliée à l'amplificateur 220 par l'intermédiaire d'un condensateur de liaison C214. L'amplificateur 220 est agencé autour d'un amplificateur opérationnel OP 221. L'entrée non inverseuse de l'amplificateur OP 221 est reliée au condensateur C214. Elle est également reliée par l'intermédiaire de deux résistances série R221 et R222 à la masse. L'entrée inverseuse de l'amplificateur OP 221 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance R223 en série d'un condensateur C221 à une borne d'alimentation positive 201. Un pont diviseur comprenant en série un condensateur C222, une résistance R224, une résistance ajustable R225, un condensateur C223 et une résistance R226, est relié entre la borne d'alimentation précitée 201 et la masse. Le point commun au condensateur C223 et à la résistance R226 est relié par l'intermédiaire de deux résistances série R227 et R228 au point milieu des résistances R221 et R222. Le point milieu des résistances R227 et R228 est découplé à la masse par un condensateur C224. La sortie de l'amplificateur OP 221 est bouclée sur le pied de la résistance ajustable R225. L'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 221 est reliée par l'intermédiaire d'une branche comprenant en parallèle un condensateur C225 et une résistance R229, au point milieu des résistances R224 et R225. L'amplificateur 220 ainsi formé constitue un amplificateur à fort gain, de bande passante réduite, dont le gain à échelle logarithmique peut être réglé par la résistance ajustable R225. La résistance R225 permet par conséquent de régler la portée du détecteur. Le circuit de mise en forme 230 est agencé autour d'un amplificateur opérationnel OP 231. La sortie de l'amplificateur 220 est prélevée entre le condensateur C223 et la résistance R226. Cette sortie est reliée à l'entrée non inverseuse de l'amplificateur opérationnel OP 231. Cet amplificateur OP 231 a son entrée inverseuse polarisée par une résistance R231 reliée à la borne d'alimentation positive 201 par l'intermédiaire d'une branche comprenant en parallèle un condensateur C231 et une résistance R232. Les entrées de l'amplificateur OP 231 sont protégées par deux diodes en série D231 et D232. La résistance R231 est rebouclée sur la sortie de l'amplificateur OP 231 par l'intermédiaire des composants. R233, R234, D233, C232 et R235. Le comparateur OP 231 compare la tension issue de l'amplificateur 220 à la tension de référence appliquée sur son entrée inverseuse pour mettre en forme le signal. La sortie du comparateur 230 attaque un ensemble de deux monostables 240 montés en cascade. Ces monostables 240 sont schématisés sous forme d'un boitier unique sur la figure 4. L'utilisation de deux monostables montés en cascade permet de renforcer l'immunité au bruit du système. Les monostables sont polarisés par des composants R241, D241, R242, C241, R243, D242. Les temporisations des deux monostables 240 sont réglables à l'aide de résistances R244, R245, R246 et R247. Enfin, la sortie de l'ensemble des deux monostables 240 attaque l'étage de puissance 250. Celui-ci peut faire l'objet de nombreux modes de réalisation. Selon le mode de réalisation représenté sur la figure 4, cet étage 250 comprend un transistor de puissance T252. La base du transistor T252 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance série R252 à la sortie du second monostable 240. L'émetteur du transistor T252 est relié à la masse par l'intermédiaire d'une résistance série R254. La charge 256 commandée lorsque le dispositif détecte un objet, par exemple un individu, à proximité, est placée en série du collecteur du transistor T252. Il peut s'agir par exemple d'un bobinage de servo-moteur ou équivalent apte à commander un organe de distribution de fluide. Toutefois la présente invention n'est pas limitée à cette application particulière. La charge 256 peut par conséquent faire l'objet d'un grand nombre de variantes de réalisation. Le capteur 100 peut être placé à distance dui circuit de traitement 200. En raison de sa conception miniaturisée, il peut être placé aisément en de nombreux points à surveiller, par exemple dans une vitrine de magasin, dans un système de commande d'ouverture de porte automatique, dans un système de surveillance et de déclenchement d'alarme en cas d'intrusion. Le circuit imprimé 110 peut être enrobé dans une résine époxy lui permettant de travailler en ambiance humide, voire même corrosive, et lui conférant anonymat. bien entendu la présente invention n'est pas limitée au mode de réalisation particulier qui vient d'être décrit, mais s'étend à toutes variantes conformes à son esprit. REVENDICATIONS 1. Détecteur de proximité caractérisé par le fait qu'il comprend - un capteur extra plat (100) formé d'un circuit imprimé (110) comportant une plage métallisée (122) en forme générale de parabole, une plage métallisée (176) formant antenne placée sensiblement au foyer de ladite parabole (122), et un composant oscillateur (T182) relié à ladite antenne (176), et - un circuit (200) de traitement et d'interprétation des signaux issus du composant oscillateur (T182). 2. Détecteur de proximité selon la revendication 1 caractérisé par le fait que la plage métallisée (122) formant parabole et la plage métallisée (176) formant antenne sont placées sur des faces opposées du circuit imprimé (110). 3. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé par le fait que la plage métallisée (122) en forme générale de parabole possède un bord (124) en forme d'une demie parabole concave. 4. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé par le fait que le composant oscillateur (T182) est un transistor. 5. Détecteur de proximité selon lune des revendications 1 à 4 caractérisé par le fait que le circuit imprimé (110) possède un perçage traversant (116) destiné à recevoir un transistor( T182) formant composant oscillateur. 6. Détecteur de proximité selon lune des revendications 1 à 5 caractérisé par le fait que le circuit imprimé (110) comprend trois plages métallisées (150, 160, 170) reliées respectivement à la base, à l'émetteur et au collecteur du transistor oscillateur (T182). 7. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé par le fait que la plage (150) reliée à la base du transistor (T182) est reliée à un oeillet (152), placé en regard d'un perçage (153), destiné à recevoir par soudure la première extrémité d'une résistance (R184) dont la seconde extrémité est reliée à la masse. 8. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé par le fait que la plage (150) reliée à la base du transistor (T182) est reliée à une plage auxiliaire (154) servant de découplage à la masse de la base du transistor (T182). 9. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé par le fait que la plage. (150) reliée à la base du transistor (T182) est reliée à un oeillet (156) centré sur un perçage (157) destiné à recevoir une première extrémité d'une résistance de polarisation (R188) dont la seconde extrémité est reliée à une borne d'alimentation positive. 10. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 9 caractérisé par le fait que la plage (160) reliée à l'émetteur du transistor (T182) est reliée à un oeillet (162) centré sur un perçage (164) destiné à recevoir la première extrémité d'une résistance (R190) dont la seconde extrémité est reliée à la masse (122). 11. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 10 caractérisé par le fait que la plage (160) reliée à l'émetteur du transistor (T182) est reliée à au moins une plage métallisée (168) servant de couplage avec le collecteur du transistor (T182) par l'intermédiaire de la plage de masse (122). 12. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 11 caractérisé par le fait que la plage (170) reliée au collecteur du transistor (T182) est reliée à une borne d'alimentation positive, par l'intermédiaire d'une plage métallisée (172) qui sert à la fois de self de choc (S194) et de condensateur de découplage parallèle (C196) pour éviter le transfert de composantes hautes fréquences vers l'alimentation. 13. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 12 caractérisé par le fait que la plage (170) reliée au collecteur du transistor (T182) est reliée, par l'intermédiaire d'une plage (174), à une plage (176) formant antenne. 14. Détecteur de proximité selon la revendication 14 caractérisé par le fait que la plage de liaison (174) sert de self d'accord pour l'oscillateur. 15. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 14 caractérisé par le fait que la plage. (176) formant antenne est rectiligne et s'étend parallèlement à un bord du circuit imprimé (110). 16. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 15 caractérisé par le fait que à l'exception d'oeillets de connexion de composants discrets (162, 156, 159 et 197) ainsi que de l'antenne (176), toutes les plages métallisées formées sur la seconde face (140) du circuit imprimé (110), sont réalisées en regard de la plage de masse (122) formant parabole. 17. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 16 caractérisé par le fait que le circuit de traitement et d'interprétation (200) comprend un amplificateur à faible niveau (220), un circuit de mise en forme (230), une double temporisation (240) et un circuit de commande de puissance (250). 18. Détecteur de proximité selon la revendication 17 caractérisé par le fait que la double temporisation (240) est formée de deux monostables montés en cascade.