Dispositif pour indiquer la présence d'un organe mobile
dans une zone prédéterminée de sa trajectoire
La présente invention a pour objet un dispositif pour indiquer la présence d'un organe mobile dans une zone prédéterminée de sa trajectoire.
Elle a plus précisément pour but de permettre la lecture logique d'au moins deux positions particulières susceptibles d'être occupées par des organes mécaniques, tels des contacts électriques ordinaires, quel que soit l'état de ces derniers, cet état pouvant aller jusqu'à provoquer l'isolement complet.
La lecture d'une position mécanique de type tout ou rien a été réalisée jusqu'à ce jour de manières aussi différentes que nombreuses: en faisant usage de contacts galvaniques, d'organes à fonctionnement magnétique, photo-électrique, radio-actif, etc.
Ce sont bien entendu les dispositifs à contacts galvaniques qui sont les plus utilisés, compte tenu de leur prix particulièrement réduit et cela malgré les inconvénients inhérents à leurs caractéristiques techniques mêmes, notamment la variation de la résistance de contact, la durée de vie réduite de leurs éléments essentiels, etc.
Le dispositif selon l'invention présente les avantages des dispositifs connus, notamment des dispositifs à contacts, tout en obviant aux inconvénients dont ces derniers sont traditionnellement l'objet.
Il est à cet effet caractérisé par un condensateur, dont une armature est localisée dans ladite zone et dont l'autre est solidaire dudit organe, et qui est porté à un potentiel de référence par l'une desdites armatures, par une impédance ohmique reliée à l'autre armature de ce condensateur et destinée à être alimentée en série avec le condensateur par une source de tension continue, par un transistor branché, par son collecteur, au point de liaison du condensateur et de l'impédance, par son
émetteur, à la masse et, par sa base, à une source de tension périodique à haute fréquence, et par des moyens sensibles à toute variation du potentiel audit point de liaison et/ou du courant traversant le condensateur, I'ensemble étant agencé de manière que, pendant les fractions de temps où le transistor est bloqué,
la capacité du condensateur soit suffisante pour maintenir ledit point de liaison à un potentiel correspondant sensiblement à celui de la masse, lorsque 1 organe mobile est dans ladite zone, alors que le potentiel en ce point correspond sensiblement à celui de ladite source de tension continue, si l'organe est distant de cette zone.
Avantageusement, mais de façon non exclusive, le dispositif ci-dessus sera réalisé en tout ou partie sous forme de circuit intégré miniaturisé, ce qui en étend considérablement les applications possibles.
Le dessin annexé représente, schématiquement et à titre d'exemple, une forme d'exécution d'un tel dispositif, deux variantes ainsi que deux applications pratiques de ce dispositif.
La fig. 1 est un schéma électrique de cette forme d'exécution.
Les fig. 2 et 3 illustrent des diagrammes explicatifs du fonctionnement de cette forme d'exécution.
La fig. 4 est un schéma électrique d'une première variante.
La fig. 5, un schéma de la seconde variante d'exécution.
La fig. 6 montre une vue schématique en coupe d'un micro-intermpteu r électronique.
Les fig. 7 et 8 sont deux coupes horizontales au travers d'un compteur d'impulsions électriques à lecture électronique constituant une autre application des circuits illustrée aux fig. 4 ou 5.
Dans sa forme d'exécution la plus simple (fig. 1), le dispositif selon l'invention comprend un oscillateur O alimentant en impulsions rectangulaires, de fréquence relativement élevée, par exemple 20 à 30 MHz (diagramme Va en fig. 2) un transistor T relié à cet oscillateur par sa base, alors que son émetteur est mis à la masse.
Le seuil de ce transistor est choisi tel qu'il se débloque pour chaque impulsion reçue pour se rebloquer dans la période de temps comprise entre chacune de ces impulsions.
Ce transistor T est branché par son collecteur au point de liaison A d'une résistance de charge R et d'un condensateur C; alors que la résistance R est reliée à une source de tension continue non représentée, de potentiel Vcc, le condensateur C est mis à la masse par son armature 1 non reliée au point A précédemment cité.
L'armature 1 du condensateur C ne doit pas nécessairement être mise à la masse mais peut également être portée à un autre potentiel de référence qui peut être identique au potentiel Vcc appliqué sur la résistance R ou différent de ce potentiel.
Ce dispositif est destiné à indiquer la présence d'un organe mobile dans une zone prédéterminée de sa trajectoire de la manière qui va maintenant être décrite.
L'une des armatures, 1 ou 2, est à cet effet associée au mobile et se déplace avec celui-ci alors que l'autre est fixe et localisée dans la zone en question de la trajectoire.
De préférence, mais non exclusivement, L'armature 1 sera mobile et l'armature 2 fixe. Il est en effet également possible de choisir une disposition inverse, notamment lorsque l'organe mobile présente des dimensions suffisantes tout en disposant d'une source d'énergie électrique adéquate pour l'alimentation du dispositif.
Lorsque l'armature 1 se trouve à proximité de l'armature 2, c'est-à-dire lorsque le mobile dont on doit connaître la position est dans la zone de détection de sa trajectoire, la capacité du condensateur C sera maximum.
Elle sera, au contraire, très inférieure, voire pratiquement nulle, si ce mobile est particulièrement distant de la position ci-dessus.
Le signal qui peut être recueilli dans ces deux cas au point A du circuit de la fig. 1, et plus précisément sur la sortie S, de ce circuit, sera évidemment très différent selon que la capacité du condensateur C est minimum ou au contraire maximum.
Dans la première éventualité ci-dessus, puisque la capacité du condensateur est basse, le potentiel au point
A tendra constamment à devenir égal à celui Vcc de la source alimentant la résistance R. Mais, comme le transistor T sera alternativement ouvert et bloqué, avec une fréquence correspondant à celle des impulsions livrées par l'oscillateur O (courbe VB en fig. 2), le point A du circuit sera alternativement porté au potentiel de la masse, par décharge du condensateur C au travers du transistor T lorsque celui-ci est débloqué, et à celui correspondant à la charge de ce condensateur au cours de la période de temps séparant deux impulsions successives (diagrammes VA en fig. 2). L'amplitude de la tension
VA correspond, comme décrit, sensiblement à la valeur
Vcc du potentiel appliqué sur la résistance de charge R.
Le courant I traversant le condensateur C est nul lorsque le potentiel en A est nul ou a atteint une valeur maximum; il est au contraire positif mais faible tant que la tension VA croît pour devenir négatif et relativement intense lorsque cette tension décroît brusquement (diagramme I en fig. 2).
Si la capacité du condensateur C a une valeur maximum, ce qui a lieu comme déjà indiqué lorsque les armatures 1 et 2 sont à proximité l'une de l'autre, le mobile à détecter se trouvant précisément dans la zone de détection, le niveau du potentiel au point A tend à demeurer au voisinage de celui de l'armature 1, c'està-dire O.
Cette dernière valeur n'est toutefois possible que si les armatures 1 et 2 se touchent, c'est-à-dire si la capacité est court-circuitée.
Dans de telles conditions, bien que le processus de décharge du condensateur C au travers du transistor T demeure identique à celui déjà décrit, la tension au point VA est très inférieure à ce qu'elle était avec une capacité de faible valeur (fig. 3). Par contre, les valeurs du courant I enregistrées au travers du condensateur C seront de même amplitude que précédemment, mais auront une durée bien supérieure (diagramme I en fig. 3).
La détection de la proximité ou de l'éloignement des deux armatures 1 et 2 pourra être réalisée à partir de la valeur du potentiel au point A du circuit de la fig. 1, comme décrit, ou à partir de la valeur du courant traversant le condensateur C.
Le circuit de la fig. 1 peut être complété pour permettre la détection d'un organe mobile sur plusieurs points de sa trajectoire, comme indiqué en fig. 4 par exemple.
A cet effet, il est prévu de disposer sur ces points des armatures 20, 21, 22 ..., 2n, au devant desquelles se déplacera une armature 10 solidaire de l'organe mobile; la capacité C du circuit de la fig. 1 est donc remplacée ici par plusieurs capacités se formant successivement par combinaison des armatures fixes 20, 21, 22 ..., 2n, avec l'armature mobile 10 au fur et à mesure de son passage au-devant desdites armatures fixes.
Les armatures fixes 20 à 2n ne sont pas reliées directement à la résistance R mais au travers d'un circuit élémentaire formé d'une résistance Ro à Rn en parallèle avec une diode de blocage Do à D,l.
Le principe de fonctionnement de ce circuit est identique à celui indiqué précédemment en se référant aux fig. 1 à 3.
La détection de la position de l'armature 10 par rapport à chacune des armatures 20, 21, ..., 2n, donc de l'organe mobile auquel elle est solidaire sur les différentes zones prédéterminées correspondantes de sa trajec toire, s'effectue aux points A0, A1 ..., All, si cette dé- tection doit être réalisée à partir des variations du potentiel enregistrées en ces points au fur et à mesure du mouvement de cet organe.
Un tel circuit peut connnaître de très nombreuses applications et notamment être utilisé dans un micro-interrupteur tel celui illustré en fig. 6.
Cet interrupteur comporte, logée dans un boîtier 10, une lame 11, élastique et conductrice, destinée à être reliée à la masse par la connexion 1 la, et qui est susceptible d'être déplacée d'une position supérieure, dans laquelle elle est à proximité d'une première armature 13a, dans une position inférieure, représentée en traits interrompus, dans laquelle elle fait face à une seconde armature 13b.
La position supérieure de la lame 11 est celle naturelle, de repos, pour laquelle le poussoir 12 qui fait saillie sur le boîtier 10 n'est pas actionné. L'autre position, en traits interrompus, est prise par la lame 11 lorsqu'elle est fléchie élastiquement par action axiale exercée sur le poussoir 12.
L'oscillateur O, le transistor T, les résistances R, Ro et R1 et les diodes Do et D1 (fig. 4) sont englobés sous forme de circuit intégré dans une plaquette 14 disposée dans le boîtier 10 à laquelle sont réunies les armatures 13a et 13b et qui est reliée à la lamelle 11, donc à la masse, par un conducteur 14a. Cette plaquette présente en outre trois conducteurs 15a, 15b et 15c, dont les deux premiers aboutissent respectivement aux points Ao et At du schéma de la fig. 4 et dont le troisième, 15c, est desbiné à être relié à une source de tension continue, destinée aussi bien à l'actionnement de l'oscillateur O qu'à alimenter la résistance de charge R.
L'interrupteur décrit comporte donc un circuit détecteur correspondant à celui de la fig. 4, mais dans lequel le nombre d'armatures 20 à 2n est égal à deux, de même que celui des points de détection Ao à An.
Généralement seule l'une des armatures 13a ou 13b est utilisée selon que l'interrupteur devra être prévu pour livrer un signal lorsqu'il est actionné ou lorsqu'il ne l'est pas.
Un tel interrupteur peut connaître tous les emplois des microswitch traditionnels tout en présentant d'autres avantages: il ne donne pas lieu à des ruptures électriques d'où aucune production d'étincelles susceptibles d'user ses contacts et n'est donc pas une source de perturbation. De plus, sa durée de vie n'est limitée uniquement que par celle de ses éléments mécaniques (poussoir 12 ou lamelle 11).
Une seconde application possible du circuit de la fig. 4 réside dans la détection de la position angulaire d'un tambour de compteur d'impulsions à lecture électronique.
Les fig. 7 et 8 représentent deux coupes horizontales à divers niveaux au travers d'un tel compteur dans lequel 16 est le relais électromécanique de commande d'un cliquet 17 en prise avec une denture 18 solidaire d'une roue dentée 19 engrenant avec une denture 20 que porte sur sa face supérieure un tambour 21, numéroté sur sa tranche, et qui est donc entraîné pas à pas par le relais 16 de manière à porter successivement ses chiffres audevant d'une fenêtre de lecture 22 ménagée sur la face antérieure du boîtier 23 du compteur.
Sous le tambour 21, et de façon cinématiquement so- lidaire avec celui-ci, le compteur représenté porte une armature conductrice, présentant la forme d'une plaguette circulaire 24a sur le bord de laquelle fait saillie un élément en secteur de cercle 24, destinée à se mouvoir, lors de son déplacement rotatif, alternativement audevant de chacune des dix facettes conductrices, 25, ainsi que d'une plage circulaire et conductrice 25a que présente un circuit imprimé 26, disposé sous le tambour 21, la roue 19 et le relais 16, perpendiculairement à l'axe de pivotement de ce tambour.
Chaque facette 25 correspond à l'un des dix chiffres de 0 à 9 que présente la tranche du tambour 21 et forme l'une des armatures d'un condensateur C1 à C10 du circuit de la fig. 4, dont l'autre armature est constituée, comme décrit, alternativement par l'armature 24, au fur et à mesure du déplacement angulaire de celle-ci.
Le transistor T, la résistance R, les résistances Ro à R9 et les diodes Do à D9 du circuit de la fig. 4 sont englobés, sous forme de circuit intégré, dans une plaquette 27, encastrée dans le circuit imprimé et rendue solidaire de celui-ci par tous moyens adéquats.
Les différentes facettes 25 sont réunies aux points correspondants du circuit électronique que porte la plaquette 27 par un nombre équivalent de connexions 28.
L'indication de la position de l'armature mobile 24 par rapport aux armatures fixes 25, donc l'indication de la fonction angulaire du tambour 21, est transmise aux organes de lecture à distance de cette position grâce à différentes pistes conductrices 29 au nombre de dix qui sont reliées chacune à des points du circuit intégré incorporé dans la plaquette 27 correspondant aux points AO à A9 dans le circuit de la fig. 4.
Alors que l'alimentation en courant électrique du circuit intégré que comporte la plaquette 27 est réalisée par l'intermédiaire d'une connexion 29a, prévue dans le circuit imprimé 26, la mise à la masse de ce même circuit intégré est réalisée grâce à une autre connexion 29b, elle aussi englobée dans le circuit imprimé.
Une autre connexion 25b, aboutissant à un point quelconque à la masse du circuit intégré 27 permet de mettre l'armature mobile 24 à la masse par liaison capacitive de l'élément 24a, dont elle est solidaire, et de la plage conductrice 25a.
En chacun des points AO à A9, le signal obtenu est analogue à celui de la courbe VA en fig. 2 lorsque l'armature 24 n'est pas au droit de la surface conductrice 25 correspondante, ou à celui de la courbe VA de la fig. 3 lorsque c'est au contraire le cas.
Alors que le potentiel de référence appliquée sur l'armature mobile 10 du circuit de la fig. 4 est celui de la masse, habituellement mise à la terre, il est également possible d'appliquer à cette armature un potentiel différent de celui de la masse: la fig. 5 montre précisément un circuit répondant à cette caractéristique dans lequel la détection de la position de l'armature mobile 10 au-devant de l'une ou l'autre armature fixe 20 à 2n est réalisée en détectant plutôt les variations de courant
On reconnaît sur cette figure le transistor T, dont la base reçoit d'un oscillateur non représenté des impulsions rectangulaires à fréquence élevée, ainsi que sa résistance de charge R.
Les différentes armatures fixes 20, 21 à 2n, des condensateurs sont reliées au point de liaison au collecteur de ce transistor et de sa résistance de charge R, d'une part, par des résistances RO, R1 Rn, et, d'autre part, par le circuit base-émetteur de transistors npn, T1, T2 à ... Tn formant, d'une part, organe de blocage entre chaque armature 20 et le transistor T et, d'autre part, organe d'amplification du courant de charge des différentes capacités constituées alternativement par l'armature mobile 10 avec chacune des armatures fixes 20, 21, 22 à 2n.
Le signal ainsi amplifié peut être prélevé et détecté par branchement de tout appareil ou dispositif adéquat directement aux points Sj à Sn reliés au collecteur des transistors Tj à Tn: de tels dispositifs peuvent notamment être constitués par des relais.
Ce circuit peut être utilisé de manière similaire à celui de la fig. 4 et être notamment englobé dans les dispositifs faisant l'objet des fig. 6 à 8.