Brevet FR2733617A1 — publié le 19961031

La présente invention concerne un détecteur de proximité du type comprenant un organe capteur apte à délivrer un signal analogique en fonction de la distance d'une cible et un circuit électronique de traitement relié à un étage de sortie qui délivre un signal de présence ou d'absence de cible selon que la distance de celle-ci est inférieure ou supérieure à une distance de commutation. La distance de commutation propre à un tel détecteur varie d'un appareil à l'autre et, pour un même appareil, varie selon ses conditions de montage ou son environnement, en particulier lorsqu'il s'agit d'un détecteur inductif noyé dans une masse métallique ou d'une cellule photoélectrique opérant avec un arrière-plan brillant. Il serait donc utile de pouvoir étalonner le détecteur de proximité sur son site d'utilisation. L'invention a pour but de permettre un étalonnage simple d'un détecteur du type décrit en déterminant pour celui-ci une phase d'apprentissage dans laquelle est créée une valeur numérique indicative de la distance de commutation propre au détecteur dans ses conditions d'utilisation. Elle a aussi pour but de permettre de réétalonner facilement le détecteur en cours d'exploitation. Selon l'invention t le circuit de traitement comporte des moyens de numérisation du signal analogique et une logique de traitement du signal numérique résultant, cette logique étant agencée pour fonctionner selon un mode d'apprentissage et un mode de détection, ò la logique de traitement comprend des moyens de détermination d'une valeur numérique de commutation (vc), ces moyens étant mis en oeuvre dans le mode apprentissage et saisissant: -au début d'une phase d'apprentissage une valeur initiale (vo) du signal numérique, 2. - au cours de la phase d'apprentissage une valeur extrémale (vm) dudit signal, et déterminant la valeur de commutation (vc) en fonction de la valeur initiale (vo) et de la valeur extrémale (vm), le circuit de traitement comprenant une mémoire non volatile qui mémorise la valeur de commutation (vc) obtenue en mode apprentissage, cette valeur étant lue en mode détection. Le début de la phase d'apprentissage peut être engendré soit à compter de l'application de la tension d'alimentation au détecteur, avec de préférence dans ce cas une légère temporisation, soit par un signal externe de commande appliqué à une borne du détecteur. La logique de traitement comprend des moyens de validation qui valident les moyens de détermination et arrêtent la phase d'apprentissage lorsque le signal numérique atteint au cours de cette phase une valeur finale voisine de la valeur initiale. Les moyens de validation invalident d'autre part les moyens de détermination lorsque la valeur extrémale reste comprise dans une zone aveugle. La description qui suit d'un mode de réalisation non limitatif, en regard des dessins annexés, illustre les caractéristiques et avantages de l'invention. - la figure 1 illustre par un schéma synoptique un détecteur de proximité conforme à l'invention. - la figure 2 est un diagramme représentant la variation du signal analogique de détection au cours d'une opération d'apprentissage, dans le cas o la cible est distante au début de l'apprentissage. - la figure 3 est un diagramme similaire dans le cas d'une cible proche en début d'apprentissage. - la figure 4 est un logigramme de fonctionnement du détecteur. Le détecteur de proximité D illustré sur la figure 1 comprend dans un boîtier 10 un organe capteur 11 qui peut être de tout type usuel; inductif, capacitif, photoélectrique, à ultrasons ou analogue et qui délivre une grandeur de détection analogique, dans le présent exemple une tension V, dont la valeur est indicative de la distance X d'un objet ou cible A. Le boîtier 10 du détecteur comprend des bornes 12 de liaison externe avec une source d'énergie et avec une charge, ainsi qu'éventuellement avec un dispositif externe de commande d'étalonnage. Dans le boîtier sont de plus prévus un organe d'alimentation 13, un circuit électronique de traitement 14 et un étage de sortie 15. L'organe d'alimentation 13 fournit à partir de la tension externe une tension V+ d'alimentation de l'organe capteur et des tensions d'alimentation pour les autres éléments du détecteur. A l'entrée du circuit électronique de traitement 14 sont associés des moyens de numérisation 16, par exemple un convertisseur analogique- numérique, qui transforment la tension analogique fournie par l'organe capteur en un signal numérique v. Les moyens de numérisation pourraient aussi être constitués par un convertisseur tension-fréquence avec compteur associé ou autres moyens permettant d'obtenir une grandeur numérique à traiter par la logique 17. Le circuit de traitement 14 comporte une logique de traitement 17 et une mémoire non volatile et réinscriptible 18, par exemple du type EEPROM ou analogue. La valeur numérique v issue du convertisseur 16 est appliquée en entrée à la logique 17. Celle-ci est par exemple constituée par une logique câblée, un micro contrôleur ou un microprocesseur et elle est reliée à la mémoire EEPROM 18 pour notamment y écrire et lire une valeur numérique de référence correspondant à la distance de commutation. Le détecteur de proximité et, en particulier, sa logique de traitement 17, sont conçus pour fonctionner selon un mode d'apprentissage, pendant lequel sera mémorisée la valeur de commutation propre au détecteur in situ, et un mode de détection, pendant lequel sera lue cette même valeur. Par "mode apprentissage", on désigne présentement un mode de fonctionnement dans lequel le détecteur, concurremment à un défilement de la cible, c'est-à-dire à une phase d'approche puis d'éloignement -ou d'éloignement puis d'approche- de la cible, saisit au cours de cette phase une valeur numérique caractéristique de la cible et détermine en fonction de celle-ci la valeur numérique de commutation vc qui est stockée dans la mémoire 18. Dans le mode détection, le détecteur échantillonne la valeur numérique et la compare à la valeur mémorisée pour délivrer le signal d'absence ou de présence de cible. La logique de traitement est reliée à un organe de visualisation 19, par exemple constitué par au moins une diode électroluminescente, apte à donner une indication lumineuse différenciée en mode apprentissage et en mode détection. L'organe d'alimentation 13 est relié à un circuit d'initialisation 20 lui-même relié à la logique 17 pour délivrer à celle-ci un signal de reset R initialisant la phase d'apprentissage quand la tension d'alimentation est appliquée au détecteur. D'une autre manière, et comme illustré en tirets sur la figure 1, I'initialisation de la phase d'apprentissage par la logique de traitement peut être causée par l'application d'un signal de remise à zéro RZ à l'une des bornes 12 reliée à la logique et connectée à un conducteur ou bus externe. La logique de traitement 17 comprend des moyens 17a de détermination de diverses valeurs numériques et des moyens 17b de validation de certaines de ces valeurs. La logique est enfin reliée à l'étage de sortie 15 pour délivrer à celui-ci un signal, lequel est amplifié en signal de sortie S disponible aux bornes 12. Comme déjà indiqué, suivant la valeur relative de v par rapport à vc en mode détection, le signal S a donc un premier niveau lorsque la distance X de la cible A est supérieure à une distance de commutation Xc et un second niveau lorsque X Sur les figures 2 et 3 sont illustrés deux modes d'apprentissage, respectivement avec absence et présence de cible au début de la phase d'apprentissage. Ces figures sont des graphes donnant la variation de la tension analogique V délivrée par l'organe capteur 11 en fonction du temps t. Les valeurs numériques correspondantes sont désignées par v affectée de l'indice respectif. Dans les deux cas, les moyens de détermination 17a saisissent d'une part à l'instant to une valeur numérique initiale vo (tension Vo) lorsque le signal de reset R ou de remise à zéro RZ a été appliqué à la logique de traitement 17, d'autre part au cours de la phase d'apprentissage une valeur numérique d'extremum vm mesurée ou calculée, puis déterminent la valeur numérique de commutation vc en fonction de l'amplitude différentielle d'apprentissage vo-vm. Dans le mode d'apprentissage de la figure 2, la cible A étant initialement distante, I'organe capteur 11 délivre initialement une tension maximale Vo. La cible A se rapproche puis s'éloigne, de sorte que la tension diminue jusqu'à une valeur minimale Vmin puis remonte à sa valeur initiale Vo. Selon les cas, la valeur d'extremum Vm caractéristique de l'apprentissage est prise égale à la valeur minimale numérique Vmin correspondante ou, si la courbe de variation V(t) présente une ou plusieurs bosses dues à un déplacement non uniforme de la cible, égale à la plus grande valeur maximale Vmax intermédiaire entre deux valeurs minimales Vml, Vm2 ou encore à une combinaison appropriée de ces valeurs. La fin t1 de la phase d'apprentissage est déterminée lorsque la tension remonte à une valeur de seuil V1 voisine de V0 et légèrement inférieure à V0, par exemple de l'ordre de 2 %, de manière à parer aux problèmes d'échauffement et de dérive; la valeur numérique correspondante et désignée par v1. La valeur numérique de commutation vc est calculée par la logique 17 de préférence selon une fonction appropriée de l'amplitude différentielle VO-Vm, ou selon une fonction linéaire kjvo-k2vm de la valeur initiale et de la valeur d'extremum, pour être mémorisée dans la mémoire 18. Une valeur d'hystérésis vh est aussi calculée par la logique 17, en tant que fonction de l'amplitude différentielle, par exemple 0,1 (vo-vm), ou en tant que fraction de vc, cette valeur étant également mémorisée dans la mémoire 18. Il va de soi que la mémoire 18 peut stocker les valeurs indiquées ou les valeurs ou paramètres nécessaires à leur calcul. Un seuil Vs calé sur la valeur initiale V0 définit une zone aveugle d'étalonnage Z telle que, si l'une au moins des valeurs déterminées dans la phase d'apprentissage (vmin, Vmax ou vc) est comprise dans cette zone, les moyens de validation 17b invalident l'étalonnage. Dans le mode d'apprentissage de la figure 3, la cible A est initialement proche du détecteur, de sorte que l'organe capteur fournit une valeur V0 minimale dès le début to de la phase d'apprentissage. La cible A s'éloigne puis se rapproche, si bien que la tension monte jusqu'à une valeur maximale Vmax, en passant éventuellement par des bosses définissant une valeur minimale Vmin intermédiaire entre deux maxima successifs, puis diminue jusqu'à sa valeur initiale V0. La fin t1 de la phase d'apprentissage est définie quand la tension atteint une valeur V1 voisine de V0 et légèrement supérieure à V0. La valeur d'extremum vm est prise égale à vmax ou vmin ou à une combinaison de ces valeurs et vc est calculée comme précédemment en fonction de vo et vm. Les valeurs vc et vh sont stockées comme précédemment dans la mémoire 18 si les moyens de validation ont constaté que la mesure n'est pas restée confinée dans la zone aveugle d'étalonnage Z. Le fonctionnement du détecteur selon l'invention va être expliqué en regard des figures et, en particulier, de la figure 4, pour une cible initialement distante. A la mise sous tension du détecteur 30 commence une séquence de fonctionnement de celui-ci. Selon que la réponse à la question "étalonnage effectué" posée dans une étape 31 est oui ou non, la logique de traitement va fonctionner après une temporisation 32 selon une séquence 34 en mode détection ou selon une séquence 33 en mode apprentissage. Dans ce dernier cas, dès que la phase d'apprentissage est achevée et validée, le détecteur est commuté en mode détection. A tout moment peut être appliqué le signal d'apprentissage RZ pour commuter en 35 du mode détection au mode apprentissage et déclencher une nouvelle phase d'apprentissage conduisant au réétalonnage du détecteur. Ainsi, lorsque la source d'énergie est connectée aux bornes 12, la tension d'alimentation de l'organe capteur 11 augmente jusqu'à V+ et la tension délivrée par l'organe capteur atteint la valeur Vo. Au bout d'une temporisation par exemple de 100 ms, le circuit 20 délivre le signal R à la logique de traitement. Les moyens de détermination 17a saisissent la valeur numérique initiale vo donnée par le convertisseur 16 et la logique 17 commande le clignotement d'une diode de l'organe de visualisation 19. La cible A s'approche du détecteur, de sorte que l'organe capteur délivre une tension variant comme indiqué figure 2. Les moyens de détermination 17a saisissent la valeur intermédiaire vmax ou vmin et en déduisent la valeur d'extremum vm, puis calculent la valeur vc fonction de vo et vm. Les moyens de validation valident cette valeur si la valeur d'extremum est en dehors de la zone aveugle Z; si ce n'est pas le cas, l'opération d'étalonnage doit être recommencée. Lorsque la tension V atteint la valeur V1 voisine de la valeur initiale Vo, les moyens de validation déterminent la fin de la phase d'apprentissage et les valeurs de commutation vc et d'hystérésis vh sont stockées dans la mémoire EEPROM 18. Le détecteur passe alors en mode détection 34 et l'organe de visualisation indique par son état non clignotant l'état de commutation; à l'approche d'une cible, la valeur minimale de la tension qui en résulte est comparée à la valeur vc lue dans la mémoire pour que le circuit de traitement engendre un signal de présence d'objet. Il convient d'observer que la durée t1-t0 de la phase d'apprentissage n'est pas fixe et est déterminée par le processus d'approche et d'éloignement de la cible. REVENDICATIONS 1. Détecteur de proximité comprenant: - un organe capteur apte à délivrer un signal analogique en fonction de la distance d'une cible, - un circuit électronique de traitement relié à un étage de sortie qui délivre un signal de présence ou d'absence d'une cible mobile selon que la distance de celle-ci est inférieure ou supérieure à une distance de commutation, caractérisé par le fait que ò le circuit de traitement (14) comporte des moyens de numérisation (16) du signal analogique et une logique de traitement (17) du signal numérique résultant, cette logique étant agencée pour fonctionner selon un mode d'apprentissage (33) et un mode de détection (34), ò la logique de traitement (17) comprend des moyens (17a) de détermination d'une valeur numérique de commutation (vc), ces moyens étant mis en oeuvre dans le mode apprentissage et saisissant: - au début (to) d'une phase d'apprentissage (L) une valeur initiale (vo) du signal numérique, - au cours de la phase d'apprentissage une valeur extrémale (vm) dudit signal, et déterminant la valeur de commutation (vc) en fonction de la valeur initiale (vo) et de la valeur extrémale (vm), * le circuit de traitement comprenant une mémoire non volatile (18) qui mémorise la valeur de commutation (vc) obtenue en mode apprentissage, cette valeur étant lue en mode détection. 2. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la logique de traitement comprend des moyens de validation (17b) associés aux moyens de détermination (17a) pour valider ceux-ci lorsque le signal numérique atteint au cours de la phase d'apprentissage (L) une valeur finale (vl) voisine de la valeur initiale (vo) et pour déterminer la fin (t1) de la phase d'apprentissage. 3. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que que le début (to) de la phase d'apprentissage (L) est engendré à compter de l'application de la tension d'alimentation au détecteur. 4. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le début (to) de la phase d'apprentissage (L) est engendré par un signal externe (RZ) appliqué à une borne du détecteur. 5. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 2 à 4, caractérisé par le fait que les moyens de validation (17b) ne valident pas les moyens de détermination (17a) lorsque la valeur extrémale (vm) est comprise dans une zone aveugle d'étalonnage (Z). 6. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait que les moyens de détermination (17a) calculent la valeur de commutation (v) en fonction de la différence vo-vm entre la valeur initiale et la valeur extrémale du signal numérique. 7. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la valeur extrémale (vm) est la valeur minimale (Vmin) ou maximale (Vmax) relevée au cours de la phase d'apprentissage L. 8. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait que la valeur extrémale (vm) est la valeur intermédiaire maximale (Vmax) ou minimale (vmin) relevée entre deux minima ou respectivement maxima (vml, Vm2) au cours de la phase d'apprentissage (L). 9. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé par le fait que la logique de traitement (17) est reliée à un organe de visualisation (19) permettant de distinguer visuellement le mode d'apprentissage du mode de détection. 10. Détecteur de proximité selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé par le fait que la logique de traitement (17) détermine dans la phase d'apprentissage (L) une valeur numérique d'hystérésis (Vh) qui est fonction des valeurs initiale (vo) et extrémale (vm) et qui est mémorisée dans la mémoire non volatile (18).