Brevet FR2826722A1 — publié le 20030103

I'ensemble des zones de forêt. Etat de la technique L'invention concerne un procédé de détection d'un élément en matière ferromagnétique, selon lequel l'élément arrive à proximité d'un capteur d'inductance variable. L'invention concerne également un circuit pour la mise en _uvre du procédé. De tels procédés et ctrcuits sont connus selon l'état de la technique en particulier pour détecter la vitesse de rotation du vilebrequin d'un moteur à combustion interne. Pour cela on installe un capteur réalisé régulièrement comme bobine de façon à ce que les dents d'une roue den o tée portée par le vilebrequin arrivent à proximité du capteur. Les dents de la roue dentée peuvent avoir des aimants permanents; la roue dentée peut également avoir des dents en matière à aimantation douce. Le pas sage d'une dent devant la bobine modifie le champ magnétique de la bo bine. Par la variation du champ magnétique on génère une tension dans la s bobine. Le signal de tension généré dans la bobine est appliqué à un circuit d'exploitation qui détermine la vitesse de rotation du vilebrequin en fonction de l'intervalle de temps entre les signaux. Le capteur inductif connu est de fabrication économique et fournit un signal de rotation pré o cis, de type analogique. Etant donné le développement de l'utilisation de circuits numériques pour le traitement de signaux, l'émission d'un signal de sortie analogique présente un inconvénient. On utilise dans ces conditions de plus en plus des capteurs actifs fonctionnant selon le principe Hall ou le s principe magnéto-résistant. Ces capteurs fournissent un signal de sortie numérique ce qui réduit la partie de circuit analogique dans l'appareil de commande et augmente la précision de l'exploitation du signal. Néanmoins la précision de ces capteurs est plus faible que celle des capteurs inductifs. Les coûts sont également plus élevés. Mais on a constaté qu'à l'avenir les capteurs de détection d'une vitesse de rotation ou d'une position devront répondre à des exigen ces plus strictes de précision et de résolution angulaire. De plus il faut un signal de sortie numérique. En outre les coûts de fabrication doivent être réduits. 3s La présente invention a pour but de développer un procédé et un ctrcuit tels que définis ci-dessus pour combiner les avantages d'un capteur inductif à ceux d'un capteur numérique. A cet effet l'invention concerne un procédé du type défini ci dessus caractérisé en ce qu'on exploite pour la détection la variation d'inductance du capteur, produite par l'élément. L'invention concerne également un circuit pour la mise en s _uvre d'un tel procédé, caractérisé en ce que le capteur est en série avec une résistance ohmique et le circuit comporte un comparateur qui com pare la tension aux bornes de la résistance à un seuil. Avantages de l'invention L'invention décrit un procédé de détection d'un élément en o matière ferromagnétique. Selon le procédé, l'élément arrive à proximité d'un capteur à inductance variable. La variation d'inductance modifie le comportement électrique de la bobine suivant la tension alternative appli quée comme par exemple une tension rectangulaire d'origine numérique ou un signal sinusoïdal. Le signal obtenu peut servir à la détection d'un s élément en matière ferromagnétique. Comme on exploite la variation d'inductance produite par l'élément ferromagnétique dans le capteur en vue de la détection on ob tient de manière simple un signal de sortie numérique. Cela permet de brancher un capteur inductif directement sur une unité de traitement numérique de signaux sans nécessité des circuits importants. C'est ainsi que l'on peut supprimer le ctrcuit d'entrée analogique entaché de toléran ces, associé à l'appareil de commande actuel ainsi que le circuit d'exploitation correspondant pour utiliser une entrée numérique plus pré cise et plus économique. 2s De manière avantageuse, le capteur est constitué par une bobine. Cela permet d'utiliser un capteur inductif classique existant sous forme de composants standardisés. Pour que les pertes de changement d'aimantation par un fonctionnement de la bobine à haute fréquence soient aussi faibles que possible il faut que la bobine soit une bobine à air. A l'intérieur de la bobine on peut néanmoins avoir une matière plastique. La perméabilité du volume de la bobine doit toutefois étre faible pour que l'inductance soit faible. Une bobine d'un faible diamètre par exemple d'un millimètre et d'une grande longueur par exemple 10 à 20 mm permet au niveau de l'extrémité de la bobine d'avoir un champ magnétique relative 3s ment homogène en forme d'aiguille. Un tel champ magnétique s'utilise très bien pour la saisie d'un élément en matière ferromagnétique. De manière avantageuse le capteur reçoit une tension rec tangulaire et le courant produit est détecté par le capteur. Cela permet de recueillir d'une manière particulièrement simple un signal de sortie numé rique. Le procédé selon l'invention permet de détecter des éléments immo biles. Du fait du champ alternatif créé, la sensibilité vis-à-vis des champs étrangers est très faible. s Selon un autre mode de réalisation on obtient d'une ma nière particulièrement simple un signal numérique avec un capteur bran ché en série sur une résistance ohmique et un comparateur pour comparer la tension avec bornes de la résistance à un seuil. La résistance ohmique transforme le courant traversant le capteur en une tension pour o permettre une comparaison avec une tension de seuil. Cela permet d'utiliser un comparateur classique. La comparaison avec un seuil permet de convertir l'augmentation de courant retardé par la variation d'inductance du cap teur en un temps avec le capteur. s De manière très avantageuse un mode de réalisation de l'invention se caractérise par une horloge pour détecter le temps de mon tée jusqu'à atteindre le seuil. Ainsi la variation d'inductance produite dans le capteur par l'élément en matière ferromagnétique est transformée en un temps. Cela permet une comparaison avec un temps prédéterminé. Une o telle opération peut se faire de manière très simple et précise dans un traitement numérique de signal. C'est ainsi que l'on peut avoir par exemple un comparateur à l'aide duquel on compare le temps de montée à un temps prédéterminé, comme prévu dans un autre mode de réalisation préférentiel de s l'invention. Si dans la zone proche du capteur il n'y a pas d'éléments en matière ferromagnétique, l'inductance du capteur est très faible. La ten sion rectangulaire appliquée au capteur donne pratiquement une montée sans retard du courant à travers le capteur. Cela signifie à son tour que la tension aux bornes de la résistance ohmique possède un flanc montant très raide. Le seuil est ainsi atteint pratiquement en même temps que se produit le flanc montant de la tension rectangulaire appliquée au cap teur. La comparaison du temps de montée jusqu'au seuil et d'une durée prédéterminée montre que le temps se situe en dessous de la durée pré 3s déterminée. Cela peut être interprété comme un signal indiquant qu'il n'y a pas d'élément ferromagnétique à proximité du capteur. Si un élément en matière ferromagnétique se trouve à proximité du capteur, celui-ci présente une inductance plus élevée. Le courant produit dans le capteur par le signal rectangulaire appliqué au capteur augmente selon une fonction exponentielle. Le signal de tension aux bornes de la résistance ohmique à une forme correspondante. Son flanc montant correspond également à une fonction exponentielle. s La tension aux bornes de la résistance ohmique atteint le seuil plus tard que l'arrivée du flanc montant du signal rectangulaire ap pliqué au capteur. Le temps jusqu'à atteindre le seuil est saisi par une horloge. La comparaison du temps de montée et d'un temps prédéterminé montre alors que le temps de montée est supérieur au temps prédétermi o né. Cela peut s'exploiter comme signal indiquant qu'un élément se trouve à proximité du capteur. Selon un mode de réalisation avantageux de l'invention, il est prévu une horloge émettant un signal après un temps prédéterminé pour effectuer la comparaison de la tension aux bornes de la résistance is ohmique et du seuil. Cela permet de comparer après un temps fixe défini à la suite de la commutation du signal rectangulaire, la tension aux bornes de la résistance et le seuil. On a ainsi l'avantage de pouvoir supprimer une mesure de temps, en général compliquée et au lieu de cela, il sufflt de vé rifier après un temps prédéterminé si la tension aux bornes de la résis o tance est supérieure ou inférieure à un seuil donné. Ce circuit plus simple se répercute avantageusement sur la fiabilité et sur le coût. Même s'il est particulièrement avantageux d'appliquer un signal de tension rectangulaire au capteur et d'intégrer le capteur comme cela a été décrit ci-dessus dans un ctrcuit, on peut également réaliser le s capteur comme élément déterminant la fréquence dans un oscillateur, selon un autre mode de réalisation particulier de l'invention. En effet la variation de l'inductance modifie également la fréquence de l'oscillateur de sorte que cette variation de fréquence peut servir de signal indiquant si un élément en matière ferromagnétique se trouve ou non à proximité du cap teur. De façon analogue, le capteur peut s'intégrer dans un cir cuit oscillant formé d'une inductance et d'une capacité et qui est de préfé rence réalisée comme ctrcuit oscillant parallèle. Comme la variation d'inductance modifie la fréquence de résonance du circuit oscillant, le dé ss calage de la fréquence de résonance peut s'utiliser comme signal indi quant si un élément en matière ferromagnétique se trouve ou non à proximité du capteur. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté dans les dessins an- nexés dans lesquels: - la figure 1 montre schématiquement un ctrcuit selon l'invention avec aucun élément en matière ferromagnétique à proximité du capteur, - la figure 2 montre le capteur de la figure 1 avec un élément en matière ferromagnétique à proximité du capteur, - la figure 3 montre trois courbes de tension pour un élément ne se trou o vant pas à proximité du capteur, et - la figure 4 montre les courbes de tension de la figure 3 pour un élément se trouvant à proximité du capteur. Description de l'exemple de réalisation La figure 1 montre un capteur avec une bobine d'air instal lée de façon que la roue dentée équipant un vilebrequin de moteur à com busffon interne fasse passer les dents 1 de sa roue dentée à proximité du capteur 2 pendant la rotation de la roue dentée. Les dents 1 ou la roue dentée sont réalisées en matière ferromagnétique comme par exemple du fer. Le capteur 2 est certes réalisé comme une bobine d'air (c'est-à-dire o une bobine sans noyau ferromagnétique) mais il peut également avoir un noyau qui ne soit pas dans une matière ferromagnétique comme par exemple la matière plastique. Dans la position de la roue dentée représentée à la figure 1, il n'y a aucune dent 1 à proximité du capteur 2. En série avec la bobine 2 on a une résistance ohmique 3. Le montage en série formé de la bobine 2 et de la résistance ohmique 3 reçoit une tension rectangulaire 8 fournie par un générateur de tension rectangulaire. La tension rectangulaire 8 a une fréquence d'environ 100 KHz (KH dans texte allemand) jusqu'à MHz. Les deux bords de la résistance ohmique 3 sont reliés aux entrces d'un premier comparateur 4. La sortie du premier comparateur 4 est reliée à la première entrée d'un dispositif de mesure de temps ou hor loge 5. La seconde entrée de l'horloge 5 reçoit la sortie d'un second compa rateur 7. La tension rectangulaire 8 est appliquée aux entrées du second 3s comparateur 7. La sortie de l'horloge 5 est reliée à un comparateur 6 pour comparer le signal émis par l'horloge 5 à un signal prédéterminé. Le signal rectangulaire 8 appliqué au montage en série for- mé de la bobine 2 et de la résistance ohmique 3 produit le passage d'un courant dans la bobine 2. Comme il n'y a aucune dent 1 à proximité de la bobine 2, l'inductance de la bobine 2 est très faible. La courbe du courant s a dans ces conditions pratiquement la forme de la courbe de la tension. Le courant passant dans la bobine 2 produit aux bornes de la résistance ohmique 3 une chute de tension. La tension recueillie aux bornes de la bobine ohmique 3 porte la référence 9. La courbe de la ten- sion 9 correspond pratiquement à celle de la tension rectangulaire 8. Cela o signifie qu'entre le flanc montant de la chute de tension 9 et le flanc montant de la tension rectangulaire 8 il n'y a pratiquement pas de diffé- rence. Ainsi la tension 9 appliquée aux entrées du premier comparateur 4 correspond pour l'essentiel à la tension rectangulaire 8 appliquée aux en- trées du second comparateur 7. Le signal de sortie du premier compara s teur 14 est ainsi pratiquement non retardé par rapport au signal de sortie du second comparateur 7. Le signal de sortie du premier comparateur 4 porte la référence 10 à la figure 3. Pour expliciter on a seulement repré- senté le retard léger et provisoire du signal de sortie du troisième compa- rateur 4 par rapport au signal de sortie du second comparateur 7, suivant o une représentation exagérée et on a appliqué la référence At. Comme les signaux de sortie les comparateurs 4, 7 sont pratiquement égaux en temps, l'horloge 5 mesure un temps pratiquement nul. La comparaison faite dans le comparateur 6 du temps détecté par l'horloge 5 et d'un temps prédéterminé montre que le temps saisi par s l'horloge 5 est inférieur à un temps prédéterminé. Le signal de sortie du comparateur 6 est de ce fait nul. Si la roue dentée a suffisamment tourné pour qu'une dent 1 se trouve à proximité du capteur 2 comme le montre la figure 2, le capteur 2 possède une inductance plus élevée. Le courant produit par la tension rectangulaire 8 dans la bobine 2 ne suit plus la tension rectangulaire 8. Le courant augmente suivant une fonction exponentielle (fonction e). La chute de tension 9' produite au niveau de la résistance ohmique 3 corres- pond à cette variation comme le montre la figure 4. Le flanc montant de la chute de tension 9' produite par la résistance 3 correspond également à 3s une fonction exponentielle. Le seuil 11' du premier comparateur 4 sera atteint plus tard que le seuil atteint par la tension rectangulaire 8 dans le second comparateur 7. Le signal de sortie du premier comparateur 4 porte la référence 1O' à la figure 4. Le retard du premier comparateur 4 par rap- port au signal de sortie du second comparateur 7 porte la référence At. Le retard du signal de sortie du premier comparateur 4 est détecté dans l'horloge 5 et est appliqué au comparateur 6 comme signal correspondant. Par comparaison avec un temps prédéterminé, le compa- rateur 6 constate que le temps de temporisation est supérieur au temps prédéterminé. C'est pourquoi le signal fourni par le comparateur 6 est égal à 1. R E V E N D I C A T I O N S 1 ) Procédé de détection d'un élément (1) en matière ferromagnétique, se- lon lequel l'élément arrive à proximité d'un capteur (2) d'inductance varia- ble, caractérisé en ce qu' on exploite pour la détection la variation d'inductance du capteur (2), pro- duite par l'élément (1). 2 ) Procédé selon la revendication 1, o caractérisé en ce que le capteur (2) est une bobine. 3 ) Procédé selon la revendication 1, ., caracterse en ce que le capteur (2) reçoit une tension rectangulaire (8) et le capteur (2) détecte le courant ainsi produit. 4 ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que o le capteur est un organe définissant la fréquence dans un oscillateur. ) Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le capteur est monté dans un circuit oscillant formé d'une inductance et d'une capacité. 6 ) Procédé selon la revendication 5, caractérisé en ce que le ctrcuit oscillant est un ctrcuit oscillant parallèle. 7 ) Circuit pour la mise en _uvre d'un procédé selon l'une des revendica tions 1 à 6, caractérisé en ce que le capteur (2) est en série avec une résistance ohmique (3) et le circuit s comporte un comparateur (4) qui compare la tension aux bornes de la ré- sistance (3) à un seuil (11). 8 ) Circuit selon la revendication 7, caractérisé par une horloge (5) pour détecter le temps de montée jusqu'au scull (11). 9 ) Circuit selon la revendication 8, s caractérisé par un comparateur (6) à l'aide duquel on compare le temps de montée à un temps prédéterminé. ) Circuit selon la revendication 7, lo caractérisé par une horloge qui après un temps prédéterminé, émet un signal pour com parer la tension aux bornes de la résistance (3) au seuil (11).