Brevet FR2698450A1 — publié le 19940527

La présente invention est relative à un dispositif inductif de détection de proximité sensible au mouvement d'une pièce dans son champ dcaction. Cette caractéristique peut être exploitée seule dans le cas par exemple de détection de rotation d'une roue dentée ; ou, être associée à l'information de présence pour augmenter la portée d'un détecteur classique. Les capteurs inductifs connus comportent principalement un oscillateur à haute fréquence connecté à une inductance qui entretient un champ électromagnétique alternatif dans son voisinage. L'oscillateur est réglé à la limite de l'oscillation de sorte que l'énergie absorbée par une pièce métallique consécutive aux courants de Foucault, provoque l'arrêt dudit oscillateur. Un dispositif de détection d'amplitude permet d'informer l'utilisateur de la présence d'une pièce. Ces capteurs ont l'inconvénient majeur de posséder une portée très limitée, généralement comprise entre 0,5 et 1,5 fois le diamètre nominal du capteur. L'augmentation de la portée de ce type de capteur a pour conséquence un accroissement démesuré de l'influence des perturbations extérieures : température, parasites électriques et surtout environnement métallique. Par ailleurs, la détection des dents d'une roue dentée pour le contrôle de rotation impose un réglage très précis et lorsque, la hauteur des dents est faible au regard de la portée, ce réglage devient impossible. La présente invention se propose de pallier ces inconvénients en apportant un type de capteur inductif sensible essentiellement à toutes variations de l'absorbtion d'énergie par les courants de Foucault. En conséquence, la présente invention a pour objet un dispositif inductif de détection de proximité, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit oscillant, dont l'amplitude des battements se situe en dehors des limites de saturation dudit circuit, connecté à une inductance rayonnant un champ électromagnétique dans son voisinage, reliée à un circuit de détection de l'affaiblissement de l'amplitude des oscillations, consécutif à la perte d'énergie engendrée par le changement d'état suite au mouvement du mobile, ledit circuit de détection fournissant en outre un signal d'entrée à une pluralité de comparateurs, dont l'un au moins est muni d'un étage différentiateur, les signaux de sortie respectifs étant exploités par divers étages d'amplification et d'isolement fournissant des tensions utilisables et compatibles avec la machine ainsi équipée. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description faite ci-après, en référence aux dessins annexés qui en illustrent un exemple de réalisation dépourvu de tout caractère limitatif. Sur les figures - La figure 1 est une vue synoptique des diverses fonctions d'un dispositif inductif de détection de proximité - La figure 2 est un schéma électrique illustrant le montage d'un dispositif selon la mise en oeuvre des diverses fonctions illustrées précédemment. Selon un exemple préféré de réalisation d'un dispositif inductif de détection de proximité, on utilise préférentiellement des circuits à impédance d'entrée infinie et de sortie nulle, tels que notamment des amplificateurs opérationnels, afin de générer au moins un circuit oscillant 1. On connecte à cet oscillateur un circuit résonnant 2, principalement composé d'une inductance 4 et d'un condensateur 5 placé en parallèle. La résistance Ç représente les pertes provoquées par les courants de Foucaul engendrés dans la pièce métallique passant dans le champ électromagnétique. En considérant que l'impédance d'entrée et le gain en tension d'un amplificateur opérationnel sont très élevés, on en déduit que tout le courant i traversant R traverse également Ç et que la tension d'entrée Ue peut être considérée comme nulle. Ainsi, l'amplitude de la tension de sortie sera égale à Us =xi, quelle que soit la charge en sortie Rl. finie élevée, représente qui a une valeur finie élevée, représente les pertes propres du circuit oscillant en l'absence de pièces métalliques dans le voisinage de l'inductance ; et selon la précédente relation, elle verra sa valeur décroître avec l'approche du mobile entraînant par là-même une décroissance de l'amplitude de la tension d'oscillation Us. Selon la même relation, on peut ajuster l'amplitude de l'oscillation initiale en intervenant sur la valeur de i, par l'intermédiaire de R tout en sachant que Uc évolue toujours entre 0 V et la tension d'alimentation. Le circuit de détection 6 fournit une tension proportionnelle a l'amplitude d'oscillation qui est l'image de la position du mobile dans le champ d'action. Ainsi, une modification entre deux états stables entraîne une croissance ou une décroissance de la tension détectée. Le signal issu du détecteur est envoyé sur l'entrée d'au moins un amplificateur 7' muni d'un étage différentiateur. L'élément de dérivation constitué par le condensateur 8 permet au dispositif de réagir aux variations qui peuvent intervenir entre deux états stables. En pratique, l'Homme de l'art préfère remplacer les amplificateurs opérationnels par des circuits logiques CMOS dont les avantages sont une plus faible consommation et un fonctionnement aux fréquences plus élevées. Ils ont par ailleurs, une tension de référence intégrée à peu près égale à la moitié de la tension d'alimentation (Vcc/2 > Ces circuits logiques CMOS seront utilisés comme comparateur 7 ou comme amplificateur différentiateur 7'. Ce dernier est polarisé à ladite tension de référence grâce à la résistance 10 ; par ailleurs, il est judicieux d'insérer en série avec le condensateur 8 une résistance afin de fixer le gain de l'amplificateur à une valeur connue. Ainsi constitué, l'amplificateur différentiateur 7' donne en sortie une tension qui se situe aux environs de sa tension de polarisation dès que la cible, entrée dans son champ d'action, est en position stable ; cette tension de sortie diminue ou augmente selon que le mobile s'éloigne ou se rapproche de la cible. Le signal issu de cet amplificateur est envoyé, via un pont diviseur résistif P1, vers l'entrée d'au moins un circuit logique CMOS utilisé en tant que comparateur, comme il a été mentionné cidessus. L'ajustement du rapport des valeurs du pont résistif P1 permet de fixer la tension de référence du comparateur.Ce montage de l'amplificateur différentiel et du comparateur est un équivalent au montage d'un comparateur simple dont la tension de référence stadaptaterait en permanence à chauqe nouvelle position stable du mobile et permet ainsi au système de s'affranchir des pertubations extérieures et en particulier de toutes les masses métalliques inhérentes au montage et au bâti de la machine, et de réagir aux variations qui peuvent intervenir entre deux états stables, ce qui est particulièrement utile dans le cas d'une application à la détection d'une roue dentée. Ainsi, il est possible d'obtenir un signal de sortie lors du passge d'une dent à une autre et en particulier, la transition entre un fond de dent et le front de la dent suivante. Afin d'assurer à l'ensemble un retour rapide à son état de repos, ce qui correspond à modifier la réponse de l'amplificateur en fonction du mouvement de la cible, on adapte la constante de temps de l'amplificateur en ajoutant une diode 9 en parallèle sur la résistance 10 et le condensateur 11. Ce dernier, de faible valeur, assure une stabilité en fréquence de l'amplificateur. Selon un autre mode de réalisation, le comparateur 7 (se reporter à la figure 2, partie complémentaire au schéma général en traits mixtes) est dépourvu de circuit différentiateur, il compare simplement l'écart entre la tension de sortie provenant du détecteur 6 placé en amont et une valeur de consigne fixée par le pont diviseur résistif placé sur son entrée. Cette comparaison s'effectue pour la détection de la présence du mobile dans le champ uniquement. On prévoit d'associer dans un même capteur inductif de détection de proximité les deux modes de réalisation des comparateurs préalablement décrits afin de pouvoir, par exemple, suivre l'approche d'un mobile grâce au différentiateur 7' qui autorise une détection à plus longue portée et d'indiquer sa proximité à l'aide du comparateur 7. Afin d'exploiter les diverses sorties S1, S2 présentes sur ce détecteur, on prévoit d'envoyer ces signaux vers des étages d'amplification 12, notamment réalisés à partir de transistors. En effet, les signaux issus des divers comparateurs sont souvent sous de très basses intensité et tension qui sont incompatibles en tant que signaux de puissance ; par ailleurs, ces signaux seront transposés pour ne correspondre qu'à des niveaux de tension (0,5 V ou 0,10 V ...) exploitables et compatibles. Les dispositifs ainsi fabriqués selon cette invention peuvent être placés à des distances supérieures à 1,5 fois le diamètre nominal du capteur ; néanmoins, afin de les rendre insensibles aux bruits extérieurs, les signaux de sortie sont isolés, par un circuit idoine 14, de la source d'alimentation extérieure afin de réduire la propagation des parasites sur ces derniers ; en d'autres termes, le zéro électrique des signaux de sortie n'est pas le même que le zéro électrique de l'alimentation du montage électronique. Il demeure bien entendu que la présente invention n'est pas limitée aux exemples de réalisation décrits et représentés cidessus, mais qu'elle en englobe toutes les variantes. REVENDICATIONS 1 - Dispositif inductif de détection de proximité permettant à la fois d'informer l'utilisateur de la présence ou de l'absence d'une pièce métallique devant le détecteur, et/ou de réagir lors d'une variation dans le mouvement de la pièce, cette dernière caractéristique étant préférentiellement appliquée à la détection de mouvement de rotation de roues dentées entre deux états stables, caractérisé en ce qu'il comprend au moins un circuit oscillant (1), dont l'amplitude des battements se situe en dehors des limites de saturation dudit circuit, connecté à une inductance (2) rayonnant un champ électromagnétique dans son voisinage, reliée à un circuit de détection (6) de l'affaiblissement de l'amplitude des oscillations, consécutif à la perte d'énergie engendrée par le changement d'état suite au mouvement du mobile (3), ledit circuit de détection fournissant en outre un signal d'entrée à une pluralité de comparateurs (7), dont l'un au moins est muni d'un étage différentiateur (7'), les signaux de sortie (S1, S2) respectifs étant exploités par divers étages d'amplification (12), d'isolement (13) fournissant des tensions utilisables et compatibles avec la machine ainsi équipée. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit de détection (6) fournit une tension proportionnelle à l'amplitude d'oscillation qui est l'image de la position du mobile dans le champ d'action; ainsi, une modification entre deux états stables entralne une croissance ou une décroissance de la tension détectée. 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal issu du détecteur est envoyé sur l'entrée d'au moins un amplificateur (7') muni d'un étage différentiateur, constitué par le condensateur (8), permettant au dispositif de réagir aux variations qui peuvent intervenir entre deux états stables. 4 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'on remplace les amplificateurs opérationnels par des circuits logiques CMOS, ayant une plus faible consommation et un fonctionnement aux fréquences plus élevées, et possèdant une tension de référence intégrée à peu près égale à la moitié de la tension d'alimentation (Vcc/2). 5 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que l'amplificateur est polarisé à ladite tension de référence grâce à la résistance (10) et on insére en série avec le condensateur (8) une résistance afin de fixer le gain de l'amplificateur à une valeur connue. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le signal issu de 1' amplificateur est envoyé, via un pont diviseur résistif P1, vers l'entrée d'au moins un circuit logique CMOS utilisé en tant que comparateur, l'ajustement du rapport des valeurs du pont résistif P1 permettant de fixer la tension de référence du comparateur. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est possible d'obtenir un signal de sortie lors du passage d'une dent à une autre et en particulier, la transition entre un fond de dent et le front de la dent suivante. 8 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pourassurer à l'ensemble un retour rapide à son état de repos, on adapte la constante de temps de l'amplificateur en ajoutant une diode (9) en parallèle sur la résistance (10) et le condensateur (11), ce dernier de faible valeur assurant une stabilité en fréquence de l'amplificateur. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le comparateur (7) est dépourvu de circuit différentiateur, il compare simplement l'écart entre la tension de sortie provenant du détecteur (6) placé en amont et une valeur de consigne fixée par le pont diviseur résistif placé sur son entrée. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que pour rendre ledit dispositif insensible aux bruits extérieurs, les signaux de sortie sont isolés, par un circuit idoine (14) de la source d'alimentation extérieure.