CH623548A5 - Optoelectronic device for detecting the breakage of a yarn or the modification of the dimensions of its cross-section in a textile machine - Google Patents

Description

L'invention se rapporte aux dispositifs utilisés pour fournir un signal, qui est soit destiné à arrêter une machine textile en cas de rupture du fil (casse-fil), soit à indiquer des défauts qui modifient les dimensions de la section du fil (épurateurs).

Il existe diverses classes de dispositifs de ce genre (mécaniques, électrostatiques, piézo-électriques, opto-électroniques) et l'invention concerne exclusivement ceux de ces dispositifs qui comportent un organe photo-émissif associé à un organe photorécepteur, le fil en mouvement interceptant le faisceau lumineux émis par l'organe photo-émissif et capté par l'organe photorécepteur, et un organe détecteur fournissant un signal représentatif de la variation de l'un des paramètres liés à ce mouvement.

L'invention sera plus particulièrement décrite en se référant à un casse-fil du type dans lequel le fil effectue un va-et-vient à cadence rapide en interrompant ainsi périodiquement le faisceau lumineux. Le signal fourni par le photorécepteur est alors constitué d'impulsions engendrées à la cadence de l'interruption. Il doit cependant être bien compris que l'invention s'applique également à d'autres types de dispositifs, et notamment à ceux où le fil défile de façon rectiligne et continue dans le faisceau. Dans ce cas, le paramètre lié au mouvement du fil est constitué par la variation de la section de la partie du fil qui intéresse le faisceau. Les dispositifs opto-électroniques du genre sus-visé, dans lesquels la production du signal est liée à un mouvement du fil (et non à sa simple présence) possèdent des avantages importants. Non seulement la détection s'effectue sans contact matériel avec le fil, mais encore le fonctionnement est à sécurité positive, en ce sens que toute cause accidentelle d'interruption du faisceau lumineux (par exemple, accumulation de poussière sur les organes opto-électroniques ou présence accidentelle du fil sans mouvement) se traduira par une signalisation (ce qui n'est pas le cas avec un détecteur de présence).

Cependant, ce genre de dispositifs est relativement sensible aux nombreuses causes de perturbations, telles que: dispersion des caractéristiques des organes opto-électroniques, variation des paramètres mécaniques du montage (désalignement), vieillissement des composants, éclairements parasites, absorptions parasites du faisceau (poussière), influence de la température sur les caractéristiques des composants. Ces perturbations peuvent modifier la sensibilité de l'appareil et nuire à son bon fonctionnement.

L'invention se propose de réduire au minimum l'influence des perturbations, sans augmenter notablement la complexité du dispositif. .

A cet effet, l'organe photorécepteur est relié à un amplificateur de puissance qui alimente l'organe photo-émissif par l'intermédiaire d'un circuit de liaison comprenant un amplificateur, l'ensemble formant une boucle de régulation qui se referme par le faisceau lumineux, et un filtre passe-bas est inséré dans ledit circuit de liaison, ledit filtre ayant une fréquence de coupure notablement inférieure à la fréquence des variations du paramètre lié au mouvement du fil (c'est-à-dire, dans le cas d'application plus spécialement décrit, la fréquence d'interruption du faisceau).

Il résulte de cette particularité de l'invention que, dans les limites de la régulation, le fonctionnement du dispositif est rendu indépendant des perturbations mentionnées ci-dessus, sans que, pour cela, le signal représentatif de la variation se trouve annulé par la régulation (puisque la boucle de régulation, grâce à la présence du filtre passe-bas, n'agit pas dans la gamme de fréquences dudit signal).

Suivant une autre particularité importante de l'invention, un filtre passe-haut relie l'organe photorécepteur à l'organe détecteur et possède une fréquence de coupure notablement supérieure à la fréquence des perturbations corrigées par la boucle de régulation. Il en résulte que ces dernières ne sont pas prises en compte par l'organe détecteur, même pour les faibles vitesses de mouvement du fil. D'autres particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après.

Au dessin annexé:

La fig. 1 est un schéma de principe d'un casse-fil opto-électronique à va-et-vient conforme à l'invention, et la fig. 2 représente les formes d'ondes en différents points du circuit de la fig. 1.

A la fig. 1, on a représenté une diode électroluminescente 1 qui émet un faisceau infrarouge reçu par un phototransistor 2. La manière dont ce faisceau est interrompu par un fil en mouvement de va-et-vient à cadence rapide est classique dans ce genre d'appareils et n'a pas été représentée.

Le phototransistor 2 est alimenté, entre la masse et une source de +24 V, à travers une diode 3 et deux résistances 4 et 5. Une diode de Zener 6 et un condensateur 7 sont montés en parallèle entre les fils d'alimentation et assurent la stabilisation de la tension d'alimentation.

La diode 1 est alimentée à travers la diode 3, un transistor 8 dont le collecteur est relié à la cathode de la diode 3 par une résistance 9 et dont la base est reliée à la résistance 4, une résistance 10 qui relie l'émetteur du transistor 8 à un transistor 11, et le circuit collecteur émetteur de ce dernier sur lequel un condensateur 12 est branché en parallèle.

Le collecteur du phototransistor 2 est relié à la base du transistor 11 par un circuit comprenant une résistance 13, un amplificateur différentiel 14 de gain en tension égal à l'unité, et deux résistances 15 et 16. Une résistance 17 relie la sortie de l'amplificateur 14 à sa borne inverseuse. Les résistances 15 et 16 forment, avec un condensateur 18 qui relie leur point commun à la masse, un filtre passe-bas dont la fréquence de coupure est notablement

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inférieure à la fréquence d'interruption du faisceau par le fil. A titre d'exemple, la résistance 15 a une valeur de 6800 Q, la résistance 16 une valeur de 3900 ß et le condensateur 18, une valeur de 47 |iF, si bien que la fréquence de coupure du filtre est d'environ 1 Hz.

Le collecteur du phototransistor 2 est relié à l'entrée d'un amplificateur 19 par l'intermédiaire d'un condensateur 20 en série avec une résistance 21. A titre d'exemple, le condensateur 20 a une capacité de 0,1 |xF et la résistance 21 a une valeur de 10 kgfi, si bien que la fréquence de coupure du filtre passe-haut ainsi constitué est d'environ 100 Hz.

La sortie de l'amplificateur 19 est reliée à une bascule monostable 22 alimentée à travers une résistance 23 qui sert de référence de courant et elle-même reliée à un amplificateur différentiel 24 par l'intermédiaire d'un circuit à constante de temps dissymétrique constitué par un condensateur 25 et par trois résistances 26, 27, 28 montées comme indiqué au schéma. Cet amplificateur est alimenté à travers des résistances 29 et 30 et est monté en bascule à deux seuils de déclenchement (bascule de Schmitt par exemple).

Un étage de puissance, constitué de deux transistors 31 et 32 montés en Darlington, est relié à la sortie de la bascule 24 par l'intermédiaire de deux résistances 33-34 et d'un condensateur 35 qui relie à la masse le point commun aux résistances 33-34.

Les transistors 31 et 32 sont alimentés à travers la résistance 29 et une diode 36. Une diode de Zener 37 relie le collecteur du transistor 32 à la masse. Ledit collecteur est par ailleurs relié à une source de tension (31V max) d'alimentation d'un organe coupe-fil ou d'un relais de signalisation 38, à travers une diode 39.

En fonctionnement, l'interruption périodique du faisceau lumineux par le fil a pour effet la production d'un train d'impulsions à la même fréquence au collecteur du phototransistor 2 (forme d'onde (a), fig. 2); l'amplificateur 19 amplifie ces impulsions et la bascule monostable 22 les transforme en signaux rectangulaires de durée plus grande (forme d'onde (b)) qui sont filtrés de la bascule 24 (forme d'onde (c)). On a représenté en Si et S2 le seuil bas et le seuil haut de cette dernière et en (d) la forme d'onde à sa sortie. On voit qu'en fonctionnement normal, c'est-à-dire, lorsque des impulsions sont présentes, le signal est toujours au-dessus du seuil Si. Le signal (d) est donc au niveau zéro et bloque en permanence l'amplificateur 31-32; l'organe 38 n'est donc pas alimenté.

Si, par contre, les impulsions (a) disparaissent par suite par exemple de la coupure accidentelle du fil, au bout d'un temps bref correspondant par exemple à la durée de trois impulsions, la tension (c) tombe à une valeur inférieure à Si, et il en résulte le déblocage du transistor 32, donc l'intervention de la signalisation.

La bascule 24 est réglée pour que le seuil S2 soit légèrement inférieur à la valeur de crête de la tension (c) qui correspond à un rapport cyclique de lA des signaux carrés (b).

Grâce à ce réglage, dans une large gamme de la fréquence des impulsions (a) (c'est-à-dire, dans une large gamme de vitesses du fil), aucun déclenchement intempestif de la signalisation ne se produira. En effet, lorsque la période T des impulsions (a) décroît, pour une valeur de T légèrement supérieure à la durée 0 du monostable, le rapport cyclique du signal (b) est voisin de l'unité; pour une période T légèrement inférieure à 0, ce rapport est voisin de 'A ; il croît ensuite lorsque T continue à décroître. En définitive, il est toujours au moins égal à 'A lorsque l'appareil est en régime stable de fonctionnement et, par conséquent, suffisant pour que le signal de sortie de la bascule à déclenchement soit normalement au niveau bas.

On observera que, grâce à la bascule monostable, les signaux appliqués à la bascule à déclenchement ont une durée indépendante de la vitesse du fil et peuvent provoquer le déclenchement même pour des vitesses très élevées.

La résistance 30 transmet à l'entrée de la bascule 24 une tension de réaction positive qui est indépendante de la charge et de sa tension d'alimentation, grâce à la présence des diodes 36 et 39. Les seuils ne dépendent donc pas de la charge. La diode de Zener 37 protège l'amplificateur de puissance vis-à-vis de l'action des parasites de ligne. Les organes 33-34-35 sont destinés à rendre la bascule 24 insensible, dans la zone de basculement, aux parasites qui peuvent se manifester sur les lignes d'alimentation.

Une particularité essentielle du circuit que l'on vient de décrire consiste dans la régulation de la tension de collecteur du phototransistor 2 par la boucle formée par les éléments 13 à 16, le transistor 11, la diode 1 et le faisceau lumineux. Ladite tension est fixée à une valeur de consigne définie, puisque l'amplificateur 14 a un gain égal à l'unité par la somme de la chute de tension aux bornes de la diode 1 (environ 1,1 V et pratiquement indépendante du courant), de la chute de tension base émetteur du transistor 11 (environ 0,65 V et pratiquement indépendante du courant) et de la chute de tension dans les résistances 15 et 16. Le courant de base du transistor 11 étant faible, ainsi que les valeurs des résistances, cette dernière chute de tension est suffisamment faible pour que ses variations soient négligeables vis-à-vis de la valeur de consigne.

Si une perturbation tend à faire varier le courant dans la diode 1, il en résulte une variation de même sens de la lumière émise, donc du courant qui circule dans le phototransistor. La tension de collecteur varie alors en sens inverse, ce qui a pour effet de faire varier la tension de base du transistor 11 dans un sens propre à rétablir la valeur du courant dans la diode 1. Cette compensation ne se produit que si la fréquence de la perturbation est telle qu'elle ne soit pas coupée par le filtre 15-16-18. La tension de collecteur du phototransistor étant stabilisée, il en est de même du courant puisque la tension d'alimentation est elle-même stabilisée. Il en résulte que le phototransistor travaille toujours en classe A, aucun risque de saturation ou de coupure du phototransistor ne subsistant. Une perturbation, pourvu qu'elle reste dans les limites de la régulation, ne risque donc pas de provoquer une mise hors service de l'appareil. Vu sous cet angle, le rôle de la boücle optique est de reculer les limites au-delà desquelles le système est hors service ; en dehors de ces limites, il ne peut se produire qu'un déclenchement de la signalisation. En outre, même si les caractéristiques des composants varient, ou si de la poussière occulte partiellement le faisceau, le niveau du signal restera constant, si bien qu'un réglage unique du gain de l'amplificateur pourra être effectué, ce qui confère à l'appareil une sensibilité accrue.

La compensation des perturbations par la boucle n'étant pas instantanée, il faut éviter, en cas de perturbation, des variations transitoires du courant ne correspondant pas aux interruptions du faisceau par le fil. Ces perturbations, lorsqu'elles ont un spectre étendu de fréquence, sont enregistrées dans le court terme par le filtre 20-21 et annihilées à long terme par la boucle optique. Elles sont aléatoires, à la différence du signal utile qui est répétitif. Elles restent donc sans action sur l'état de l'organe 38, grâce au filtrage réalisé par les éléments 25-26-27-28.

Dans le cas où l'accumulation de poussière sur les organes opto-électroniques aurait pour effet de provoquer le passage d'un courant important dans la diode 1, suffisant pour saturer le transistor 11, la résistance mise aux bornes du condensateur 12 deviendrait très faible vis-à-vis de la résistance 10. Dans ce cas, le filtrage de l'ondulation résiduelle de la tension d'alimentation ne pourrait plus être effectué par ledit condensateur. Le transistor 8 assume cette fonction, sa tension de base, donc sa tension d'émetteur étant stabilisée par la diode de Zener 6.

Il va de soi que diverses modifications pourront être apportées au montage décrit et représenté sans s'écarter de l'esprit de l'invention.

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Claims (3)

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1. Dispositif de détection opto-électronique de la rupture d'un fil ou de la modification des dimensions de sa section dans une machine textile, comportant une diode photoluminescente, un phototransistor et un circuit de détection d'un signal sur le collecteur du phototransistor et de déclenchement d'une signalisation en réponse à la variation d'un paramètre lié au mouvement du fil par rapport au faisceau lumineux émis par la diode photoluminescente vers le phototransistor, caractérisé par un amplificateur de gain en tension sensiblement égal à l'unité relié au collecteur du phototransistor et attaquant un transistor de puissance dont le courant excite la diode photoluminescente, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas composé de deux résistances en série entre la sortie de l'amplificateur et la base du transistor de puissance et d'un condensateur reliant le point commun aux deux résistances à la masse, lesdites résistances étant dimensionnées pour que la chute de tension à leurs bornes due au courant de base du transistor ne subisse que des variations négligeables par rapport à la somme des chutes de tension dans le transistor et la diode photoluminescente, et le filtre passe-bas ayant une fréquence de coupure notablement inférieure à la fréquence du mouvement de va-et-vient du fil.

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un filtre passe-haut reliant le collecteur du phototransistor à l'entrée du circuit de détection.

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REVENDICATIONS

3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de détection comprend une bascule monostable qui transforme des impulsions issues du phototransistor en signal rectangulaire ayant un rapport cyclique variable en fonction de la fréquence d'interruption, ledit rapport cyclique étant au moins égal à 'A, quelle que soit ladite fréquence, un circuit RC à constante de temps dissymétrique et une bascule à deux seuils haut et bas de déclenchement, le seuil haut étant réglé à une valeur qui correspond à un rapport cyclique inférieur à lA.