Brevet FR2808597A1 — publié le 20011109

La présente invention concerne un détecteur de proximité inductif ou capacitif, no- tamment apte à détecter des métaux ferreux et non ferreux, ou un détecteur de proximité capacitif, comprenant un oscillateur apte à délivrer un signal de mesure dont la fréquence est fonction de la proximité d'un objet à détecter, et un circuit de traitement numérique qui commande une sortie du détecteur en fonction de la fré- quence de l'oscillateur de mesure. Un tel détecteur de proximité est connu d'après le document DE 32 04 405. Dans ce détecteur, il est prévu deux oscillateurs oscillant à la même fréquence, l'un des oscillateurs étant influençable, I'autre oscillateur n'étant pas influençable, par l'objet à détecter. Les sorties des oscillateurs sont appliquées à des compteurs respectifs de manière que la différence de comptage observée en présence d'une cible est exploitée par un circuit logique qui commute un signal de sortie. Ce détecteur de proximité ne permet pas de tenir compte des variations ou dérives affectant les composants du circuit de traitement et entraîne donc une précision et une fidélité de mesure insuffisantes. L'invention a pour but de permettre de détecter des objets en métaux ferreux et/ou non ferreux par un traitement de fréquence assurant une excellente précision de mesure. Selon l'invention, au circuit de traitement numérique sont associés un compteur et une mémoire contenant une valeur de comptage de consigne corrigible, - le compteur délivre une valeur de comptage de détection fonction du nombre d'impulsions reçues de l'un des oscillateurs, ce nombre étant mesuré dans une fe- nêtre temporelle de comptage dépendant de la fréquence de l'autre oscillateur, et - la valeur de comptage de détection est comparée à la valeur de comptage de consigne pour engendrer le signal de sortie. De préférence, la valeur de comptage de consigne est introduite dans la mémoire lors d'un étalonnage du détecteur en présence d'un objet situé à la portée nominale 2 2808597 et cette valeur de comptage de consigne est corrigée à chaque mesure en fonction de la température ambiante alors mesurée. La description va être faite ci-après d'un mode de réalisation non limitatif de l'invention, en regard des dessins annexés. La figure 1 représente un schéma du circuit d'un détecteur de proximité inductif conforme a l'invention. La figue 2 montre schématiquement le boîtier d'un détecteur selon l'invention. La figure 3 est un schéma synoptique du mode de fonctionnement du détecteur de la figure 1. La figure 4 est un schéma synoptique représentant l'étalonnage du détecteur. Le détecteur inductif illustré sur la figure 1 comprend un oscillateur de mesure 10 qui délivre une oscillation à un circuit de mise en forme de manière à produire un signal pulsé de mesure S dont la fréquence F dépend de la proximité d'un objet métallique M, de type ferreux ou non ferreux. Le détecteur est soit universel, c'est- à-dire capable de détecter indifféremment et à la même distance des objets ferreux et non ferreux, soit sélectif, c'est-à-dire capable de détecter uniquement les objets ferreux ou non ferreux. Il est prévu dans le détecteur un oscillateur de référence 1 1 apte à délivrer après mise en forme un signal pulsé de référence Sr dont la fréquence Fr ne dépend pas de l'objet. L'oscillateur 10 oscille par exemple à une fréquence de mesure F de l'or- dre de 1 MHz, variable à l'approche d'un objet métallique, et l'oscillateur 11 oscille par exemple à une fréquence fixe Fr qui peut être selon les applications de l'ordre de quelques centaines de kHz ou de quelques MHz, et qui, dans le mode de réali- sation considéré, est de 8 MHz. Les fréquences F et Fr pourraient aussi être égales. Le détecteur comprend un circuit de traitement 12 doté d'un circuit logique pro- grammé, microcontrôleur ou circuit similaire 13 à une entrée d'horloge 13a duquel 3 2808597 est appliqué le signal de mesure S et à une entrée de comptage 13b duquel est appliqué le signal de référence Sr. L'entrée de comptage 13b est relié à un comp- teur 14 du microcontrôleur 13. Le microcontrôleur présente une entrée d'étalonnage 1 3c et une entrée d'acquisition de température 13d. Une mémoire réinscriptible 15 par exemple de type EEPROM est reliée à une entrée/sortie 13e du microcontrô- leur, tandis qu'une sortie 13f du microcontrôleur achemine un signal de commande SoUt de la sortie du détecteur. La figure 3 illustre le programme principal de fonctionnement du détecteur. Les im- pulsions de mesure S correspondant à la fréquence de mesure F sont comptées pour créer une fenêtre de comptage de largeur T, définie dans une opération 20; la largeur T de cette fenêtre est égale à un nombre donné (et constant) de périodes d'horloge du microcontrôleur et elle est inversement proportionnelle à la fréquence de S. La largeur T est égale à K/F, K étant une constante. Le compteur 14 reçoit de l'entrée 13b le signal de référence S, et effectue dans une étape 21 un comptage, dans la fenêtre T dépendant du signal de mesure S, du nombre d'impulsions (par exemple quelques milliers) du signal de référence Sr. Il en résulte une valeur de comptage A qui est lue dans une étape 22. En variante, on peut aussi compter les impulsions du signal de mesure S dans une fenêtre fixe fonction de la fréquence de référence F,. Une comparaison de cette valeur de comptage A est effectuée dans une étape 23 avec une valeur de consigne corrigible B dont l'élaboration va maintenant être dé- crite. En fonction de la comparaison est émis un signal de commande de sortie (opération 24). La température du détecteur est acquise dans une étape 30 de définition d'une va- leur numérique 0 à partir d'un élément détecteur de température analogique; cette valeur est comparée dans une étape 31 avec une valeur 00 définie lors d'une phase d'étalonnage qui sera décrite plus loin. Il en résulte un écart calculé E = 0 - 00. Dans une étape ultérieure 32 d'établissement d'une valeur de correction C, le microcon- trôleur recherche dans une table de correction 16 la valeur C correspondant à l'écart E qui a été calculé. Dans une étape ultérieure 33, le microcontrôleur calcule 4 2808597 la somme B = B0 + C et cette valeur B est utilisée dans l'étape 23 comme décrit plus haut; la valeur Bo est établie au cours de la phase d'étalonnage. Le logiciel permettant d'acquérir le couple de valeurs B, 00 dans la phase d'étalon- nage va maintenant être décrit en regard de la figure 4. Une cible est positionnée à la distance de détection souhaitée (portée) du détec- teur, puis un ordre de déclenchement d'étalonnage est formulé par l'opérateur, de préférence par mise à la masse de l'entrée 13c du microcontrôleur. Le déclenchement de l'étalonnage démarre une opération 40 de définition de la fenêtre de mesure To = K/Fo, K étant une constante et F0 étant la fréquence de l'os- cillateur de mesure à la portée. Le compteur démarre un comptage 41 des impul- sions du signal de référence Sr provenant de l'oscillateur de référence 11 après mise en forme. La valeur de comptage B0 obtenue à la fin de la fenêtre de mesure To est lue dans une opération 42 et mémorisée dans la mémoire EEPROM 15. L'étalonnage se poursuit par une opération 43 de mesure de la température et la valeur analogique correspondante est convertie en une valeur numérique O0 qui est également mémorisée dans la mémoire EEPROM 16. Le couple B0, 0o est ensuite pris en considération dans les mesures courantes comme on l'a vu plus haut. L'étalonnage décrit permet de s'affranchir des dispersions et variations affectant les composants du circuit. L'hystérésis de commutation du détecteur est introduite dans le logiciel de conduite de la mesure en tant que correction de la valeur de comptage de consigne B. L'étalonnage est effectué initialement et à tout moment jugé utile. Un exemple de réalisation compacte du détecteur est illustré schématiquement sur la figure 2. Le boîtier 50 du détecteur loge les deux oscillateurs 10,11 qui présentent des circuits oscillants LC. L'inductance L10 de l'oscillateur 10 est une inductance à air avec ou sans noyau de ferrite. L'inductance L"1 de l'oscillateur 11 est située sur le circuit imprimé 51 qui présente le circuit de traitement 12 et le circuit de sortie 17. Les capacités C10,C1l des deux oscillateurs font partie d'un même réseau capacitif 2808597 situé sur le circuit imprimé 51 de manière à présenter des dérives en température aussi proches que possible. Le détecteur décrit est de type universel détectant à la même distance des objets ferreux et non ferreux. Il peut aussi être de type sélectif, et la fréquence Fr est alors beaucoup plus basse, par exemple de l'ordre de quelques dizaines de kHz. L'inven- tion s'applique aussi aux détecteurs capacitifs. 6 2808597 Revendications 1. Détecteur de proximité inductif ou capacitif comprenant: - un oscillateur de mesure (10) apte à délivrer un signal pulsé (S) dont la fréquence (F) est fonction de la proximité d'un objet à détecter, - un oscillateur de référence (1 1) apte à délivrer un signal pulsé (Sr) dont la fré- quence (Fr) est indépendante de l'objet à détecter, - un circuit de traitement numérique (12) qui délivre un signal de sortie du détecteur en fonction du signal fourni par l'oscillateur de mesure, caractérisé parle fait que: - au circuit de traitement numérique (12) sont associés un compteur (14) et une mémoire (15) contenant une valeur de comptage de consigne (B) corrigible, - le compteur (14) délivre une valeur de comptage de détection (A) fonction du nombre d'impulsions reçues de l'un des oscillateurs (11,10) mesuré dans une fenê- tre temporelle de comptage (T) dépendant de la fréquence (F) de l'autre oscillateur (10,11), - la valeur de comptage de détection (A) est comparée à la valeur de comptage de consigne (B) pour engendrer le signal de sortie. 2. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que la fe- nêtre temporelle de comptage (T) est fonction de la fréquence de l'oscillateur de mesure (10) et le circuit de traitement numérique (12) présente une entrée de comptage reliée à l'oscillateur de référence (11). 3. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le cir- cuit de traitement numérique (12) comprend une mémoire (15) et que la valeur de comptage de consigne (B) est introduite dans la mémoire lors d'un étalonnage du détecteur en présence d'un objet situé à la portée nominale, la valeur de comptage de consigne (B) étant modifiée à chaque mesure en fonction de la température (0). 4. Détecteur de proximité selon la revendication 3, caractérisé par le fait que: 7 2808597 - au cours de l'étalonnage du détecteur sont mémorisées une valeur de tempéra- ture de référence (00) et une valeur de comptage de consigne (Bo) et - au cours d'une détection d'objet est mesurée une valeur de température courante (0), une quantité de correction (C) de comptage étant déterminée dans une table de correction en fonction de l'écart (0 - 00) calculé par le circuit de traitement entre la valeur de température courante et la valeur de température de référence, - puis la valeur de comptage de consigne (Bo) est affectée de la quantité de correc- tion (C) pour engendrer la valeur de comptage de consigne corrigée (B). 5. Détecteur de proximité selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'éta- lonnage du détecteur est réalisé dans une opération d'apprentissage. 6. Détecteur de proximité selon la revendication 2, caractérisé par le fait qu'au dé- but de l'étalonnage du détecteur est créée une fenêtre (To) de comptage d'impul- sions inversement proportionnelle à la fréquence (F0) de l'oscillateur de mesure (10). 7. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dé- tecteur est de type inductif et tel que l'oscillateur de mesure (10) et l'oscillateur de référence (11) sont des oscillateurs à circuit oscillant LC dont les capacités (CIO, C11) font partie d'un même réseau capacitif. 8. Détecteur de proximité selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le cir- cuit de traitement numérique (12) et le circuit de sortie sont implantés sur un circuit imprimé et que l'inductance (L11)de l'oscillateur de référence (11) est disposée sur le circuit imprimé, tandis que l'inductance (L10) de l'oscillateur de mesure (10) est une inductance à air ou à ferrite. 9. Détecteur de proximité inductif ou capacitif comprenant: 8 2808597 - un oscillateur de mesure (10) apte à délivrer un signal pulsé (S) dont la fréquence (F) est fonction de la proximité d'un objet à détecter, - un oscillateur de référence (1 1) apte à délivrer un signal pulsé (Sr) dont la fré- quence (Fr) est indépendante de l'objet à détecter, - un circuit de traitement numérique (12) qui délivre un signal de sortie du détecteur en fonction du signal fourni par l'oscillateur de mesure, caractérisé par le fait que: - au circuit de traitement numérique (12) est associé un compteur (14), - le compteur (14) délivre une valeur de comptage de détection (A) fonction du si- gnal généré par l'oscillateur de mesure (10) relativement au signal généré par l'os- cillateur de référence (11) et la valeur de comptage de détection (A) est comparée à une valeur de comptage de consigne (B) corrigible pour engendrer le signal de sor- tie, - une valeur de comptage de consigne initiale (B0) est créée dans une phase d'éta- lonnage, - la valeur de comptage de consigne (B) est obtenue par correction de la valeur de comptage de consigne initiale (Bo) au moyen d'une valeur (C) dépendant de l'écart de température (0 - 0o) calculé par le circuit de traitement entre la valeur de tempé- rature courante et la valeur de température dans la phase d'étalonnage.