Brevet FR2699665A1 — publié le 19940624

La présente invention concerne les capteurs de position utilisés dans la robotique et les systèmes d'automatismes. Cette invention concerne plus particulièrement les capteurs inductifs comprenant un circuit oscillant, une électronique de commande et un moyen de transmission d'un signal représentatif de l'état du circuit oscillant selon la position d'un objet métallique devant la bobine du dit circuit oscillant. Dans ces dispositifs en général, la bobine du circuit oscillant entretien un champ électromagnétique canalisé avantageusement par un demi pot ferrite.Cette bobine est placée dans une face avant identifiée comme étant la face active du capteur ainsi considéré. Dans ce type de capteur la position de l'objet métallique devant la face active du dit capteur, engendre au niveau du circuit oscillant des pertes proportionnelles à la proximité de l'objet.Les pertes du circuit oscillant sont ainsi traitées par des moyens électroniques et transmises par un signal de sortie analogique converti en courant ou en tension. Un tel principe interdit l'utilisation à distance de ces capteurs pour des raisons de sensibilité aux environnements perturbateurs. De plus,l'utilisation de ce type de capteur en interface avec des systèmes automatisés implique pour son exploitation - L'utilisation du dit capteur à proximité de son exploitation. - L'utilisation de systèmes correcteurs externes pour la linéarisation de sa réponse. - L'utilisation de systèmes correcteurs externes pour la stabilisation en température. - L'utilisation de transcodeurs externes permettant la numérisation du signal, afin de le rendre exploitable par une machine automatique et utilisable à distance. De ce fait l'utilisateur doit adapter sa chaine de mesure à la singularisation du dit capteur, lui interdisant ainsi toute évolution de son système et le limitant dans son utilisation. La présente invention a pour but d'éviter ces inconvénients. Elle permet en effet de réaliser un capteur de position inductif à sortie numérisée dans lequel les corrections de linéarisation et de stabilisation sont intégrées. Cette invention permet ainsi une simplification des systèmes automatisés et une extension des limites d'utilisation de tels capteurs.En effet ce principe permet de réaliser des capteurs intélligents, ou la position de commutation peut être commandée à distance par une liaison numérique. Le capteur de position selon l'invention est du type inductif et comprend donc un circuit oscillant classique, mais il se caractérise par un réglage numérique et cyclique de son amplitude d'oscillation permettant ainsi d'identifier de façon numérique la distance entre le capteur et l'objet métallique à détecter. Une des caractéristiques de l'invention est d'obtenir à la détection la valeur numérique correspondand à la position de l'objet. Cette valeur numérique étant fournie en information de sortie, une des caractéristiques de l'invention est d'obtenir un capteur à sortie numérique sans avoir à utiliser un convertisseur analogique - numérique. Cette nouvelle conception de capteur permet l'intégration dans le capteur lui même de sa correction de linéarisation, faisant ainsi une autre des caractéristiques de l'invention. Les dessins annexés illustrent, à titre d'exemple, un mode de réalisation d'un capteur conforme à la présente invention. Tel que repésenté dans la figure 1 , le capteur de position utilise un oscillateur (4) qui alimente en énergie une bobine (2) placée avantageusement dans un demi pot ferrite (3).Cette bobine (2) ainsi alimentée, émet un champ électromagnétique (1) devant la face active du dit capteur. Selon une des caractéristiques de l'invention, le niveau d'oscillation est imposé par un réseau de résistances (5) dont les sorties sont commutées par un boitier commutateur(6) identifié par " MUX " dans la figure 1. Ce boitier commutateur peut avantageusement être réalisé par un circuit multiplexeur (6). Selon une autre des caractéristiques de l'invention, les valeurs de résistances (5) sont différentes, et le multiplexeur (6) les commutant une à une par ordre de valeur croissante, le niveau d'oscillation va évoluer de façon croissante. Selon une autre des caractéristiques de l'invention, le compteur (7) va assurer la commande de commutation du multiplexeur (6) de façon cyclique. Le champ électromagnétique (1) étant tributaire de l'amplitude des oscillations, nous obtenons ainsi un champ électromagnétique croissant et cyclique comme il est montré en figure 2, où " T " représente l'axe des temps et " A " l'amplitude. La présence d'un objet métallique dans le champ électromagnétique (1) va altérer les caractéristiques de l'oscillateur (4), et va engendrer une perturbation. Tel que representé dans la figure 1, cette perturbation sera percue par un circuit de détection (8). Suivant la position de l'objet métallique, cette perturbation interviendra plus ou moins tôt dans le cycle de balayage du champ électromagnétique (1),selon que l'objet sera plus ou moins proche de la face active du capteur. Selon une autre des caractéristiques de l'invention, la position de la perturbation dans le cycle de balayage est mémorisée comme étant l'état du compteur (7) et ce par un circuit de mémorisation (9), identifiant ainsi parfaitement la position de l'objet de façon numérique. Selon une autre des caractéristiques de l'invention, le choix judicieux des valeurs de résistances (5) permet de linéariser la réponse du capteur sans autre artifice. Un circuit amplificateur de sortie (10) permet de fournir un signal numérique exploitable à l'utilisateur. La réalisation peut être avantageusement optimisée par un cablage du réseau de résistances (5) sur le circuit multiplexeur (6) comme il est montré en figure 3. En effet ce type de montage permet de réduire de façon substantielle le nombre de résistances (5) à utiliser dans le réseau, par la combinaison de multiplexeurs (6) en cascade. De plus la réalisation peut avantageusement être optimisée par l'utilisation d'un microcontrôleur à programmation intégrée en lieu et place des differents composants utilisés dans la logique câblée. Par ailleurs, le principe de la présente invention peut être avantageusement appliqué à d'autre type de capteur que le capteur de type inductif et plus précisemment des capteurs de type capacitif, ultrasonique, ou optique pour autant que l'élément émetteur du champ de détection soit modulé numériquement de façon croissante ( ou decroissante) et cyclique. REVENDICATIONS 1- Capteur de position de type inductif comprenant un circuit oscillant (4), une bobine (2) émétrice d'un champ électromagnétique (1) et un circuit de réglage (5) de l'amplitude du champ électromagnétique (1), caractérisé en ce que le circuit de réglage (5) est commandé de façon numérique par un circuit multiplexeur (6) lui même piloté par un compteur (7). 2- Capteur de position selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de réglage (5) consiste en un réseau de résistances de valeurs croissantes ( ou décroissantes ) permettant l'émission d'un champ électromagnétique (1) croissant ( ou décroissant ). 3- Capteur de position selon les revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le circuit multiplexeur (6) de commande du réseau de résistances (5) soit lui même piloté par un compteur (7) permettant l'émission d'un champ électromagnétique cyclique (1). 4- Capteur de position selon les revendications 1, 2 et 3, caractérisé en ce que le circuit de détection (8) permet la mémorisation de l'état du compteur (7) comme étant la position numérique de l'objet métallique dans le champ électromagnétique (1). 5- Capteur de position selon la revendication 1 caractérisé en ce que la réalisation logique soit à base d'un circuit microcontrôleur à programmation intégrée.