CH624363A5 - Optoelectronic device for detecting the breakage of a yarn running in a linear fashion through a beam - Google Patents
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Description
L'invention se rapporte à un dispositif de détection de la rupture d'un fil. The invention relates to a device for detecting a broken wire.
D'une manière générale, ceux-ci peuvent appartenir à une première ou à une seconde classe d'appareils, suivant que le fil effectue un mouvement de va-et-vient ou qu'il défile de manière rectiligne. In general, these can belong to a first or to a second class of apparatus, depending on whether the wire is moving back and forth or whether it is traveling in a straight line.
La première classe d'appareils comporte des réalisations optoélectroniques. Le faisceau lumineux émis par un organe photo-émissif et capté par un organe photo-récepteur étant interrompu périodiquement par le fil en mouvement de va-et-vient, il en résulte la production, aux bornes de l'organe photo-récepteur, d'impulsions récurrentes qui peuvent être exploitées pour effectuer une signalisation d'un défaut de défilement ou d'une rupture du fil. The first class of devices includes optoelectronic designs. The light beam emitted by a photo-emissive organ and picked up by a photo-receptive organ being periodically interrupted by the wire moving back and forth, this results in the production, at the terminals of the photo-receptive organ, of 'recurrent pulses which can be used to signal a scrolling defect or a wire break.
La seconde classe d'appareils a été réalisée jusqu'ici en mettant en œuvre, soit des moyens mécaniques, soit un dispositif piézoélectrique. Toutes ces solutions impliquent un contact matériel entre le fil et les organes de détection, avec les inconvénients bien connus qui en découlent. The second class of devices has so far been achieved by using either mechanical means or a piezoelectric device. All of these solutions involve material contact between the wire and the detection members, with the well-known drawbacks which result therefrom.
L'invention propose de réaliser par des moyens opto-électro-niques, donc sans contact matériel, un dispositif de la seconde classe. The invention proposes to produce by opto-electronic means, therefore without material contact, a device of the second class.
La difficulté à vaincre est que, le passage rectiligne continu d'un fil rigoureusement cylindrique dans un faisceau n'engendrant aucune variation du courant débité par le photo-récepteur, donc aucun signal, les appareils opto-électroniques connus ne détectent en fait que les variations relativement importantes de la section du fil. The difficulty to overcome is that, the continuous rectilinear passage of a rigorously cylindrical wire in a beam not generating any variation of the current delivered by the photo-receiver, therefore no signal, known opto-electronic devices detect in fact only the relatively large variations in the cross section of the wire.
La titulaire s'est appuyée sur l'observation du fait que le fil, s'il est synthétique, présente une texture artificielle et, s'il est constitué de fibres naturelles, comporte de multiples brins torsadés : il en résulte une variation plus ou moins irrégulière de la section d'interruption du faisceau pendant le défilement du fil, donc une modulation de la lumière reçue par le photo-récepteur. Le signal résultant aux bornes de celui-ci se présente comme un bruit et ne possède normalement qu'une très faible amplitude. Il est affecté par les perturbations, telles que présence de poussière sur les organes opto-électroniques. The licensee relied on the observation that the yarn, if it is synthetic, has an artificial texture and, if it is made of natural fibers, has multiple twisted strands: this results in a variation more or less irregular in the beam interrupting section during the running of the wire, therefore a modulation of the light received by the photo-receiver. The resulting signal at the terminals thereof appears as noise and normally has only a very small amplitude. It is affected by disturbances, such as the presence of dust on optoelectronic organs.
Le dispositif suivant l'invention est défini par la revendication 1. The device according to the invention is defined by claim 1.
Ce dispositif se distingue donc nettement des épurateurs optoélectroniques, dans lesquels l'organe détecteur élimine cette composante erratique et ne retient comme signal utile que l'enveloppe du signal issu du photo-détecteur. This device therefore clearly differs from optoelectronic purifiers, in which the detector organ eliminates this erratic component and retains as useful signal only the envelope of the signal from the photo-detector.
Suivant une forme d'exécution particulière de l'invention, l'organe photo-récepteur 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 moyenne de ladite composante erratique. According to a particular embodiment of the invention, the photo-receiving member is connected to a power amplifier which supplies the photo-emissive member via a link circuit comprising an amplifier, the assembly forming a regulation loop which closes with the light beam, and a low-pass filter is inserted in said link circuit, said filter having a cut-off frequency significantly lower than the average frequency of said erratic component.
Ce type de régulation, qui élimine l'influence des perturbations extérieures, a été décrit dans la demande de brevet français N° 77.16221 déposée le 18.5.77. This type of regulation, which eliminates the influence of external disturbances, has been described in French patent application No. 77.16221 filed on 18.5.77.
Son intérêt est particulièrement grand dans l'application envisagée, où le signal a une amplitude extrêmement faible et est, par conséquent, facile à perturber. Its interest is particularly great in the envisaged application, where the signal has an extremely low amplitude and is therefore easy to disturb.
Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à l'aide de la description ci-après. Au dessin annexé : The various features, as well as the advantages of the invention, will become apparent with the aid of the description below. In the attached drawing:
La figure unique représente schématiquement le circuit d'un casse-fil conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention. The single figure schematically represents the circuit of a wire breaker according to a preferred embodiment of the invention.
Une diode électroluminescente 1 émet un faisceau infrarouge reçu par un phototransistor 2. La manière dont ce faisceau est interrompu par un fil en mouvement rectiligne continu dans le faisceau est classique dans les épurateurs opto-électroniques et n'a pas été représentée. A light emitting diode 1 emits an infrared beam received by a phototransistor 2. The way in which this beam is interrupted by a wire in continuous rectilinear movement in the beam is conventional in opto-electronic purifiers and has not been shown.
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. The phototransistor 2 is supplied, between ground and a + 24 V source, through a diode 3 and two resistors 4 and 5. A Zener diode 6 and a capacitor 7 are mounted in parallel between the supply wires and provide stabilization of the supply voltage.
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. The diode 1 is supplied through the diode 3, a transistor 8 whose collector is connected to the cathode of the diode 3 by a resistor 9 and whose base is connected to the resistor 4, a resistor 10 which connects the emitter of the transistor 8 to a transistor 11 and the emitter collector circuit thereof to which a capacitor 12 is connected in parallel.
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 de faible valeur. 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 inférieure à la fréquence minimale de modulation du faisceau par le fil. A titre d'exemple, la résistance 15 a une valeur de 6800 ohms, la résistance 16 une valeur de 3900 ohms et le condensateur 18, une valeur égale à 47 microfarads, si bien que la fréquence de coupure du filtre est environ de 1 Hz. The collector of phototransistor 2 is connected to the base of transistor 11 by a circuit comprising a resistor 13, a differential amplifier 14 of voltage gain equal to unity, and two resistors 15 and 16 of low value. A resistor 17 connects the output of the amplifier 14 to its inverting terminal. Resistors 15 and 16 form, with a capacitor 18 which connects their common point to ground, a low-pass filter whose cut-off frequency is significantly lower than the minimum frequency of modulation of the beam by the wire. For example, the resistor 15 has a value of 6800 ohms, the resistor 16 a value of 3900 ohms and the capacitor 18, a value equal to 47 microfarads, so that the cut-off frequency of the filter is approximately 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 3,3 microfarads et la résistance 21 a une valeur de 4700 ohms, si bien que la fréquence de coupure du filtre passe-haut ainsi constitué est de l'ordre de 10 Hz. The collector of the phototransistor 2 is connected to the input of an amplifier 19 by means of a capacitor 20 in series with a resistor 21. For example, the capacitor 20 has a capacity of 3.3 microfarads and resistor 21 has a value of 4700 ohms, so that the cut-off frequency of the high-pass filter thus formed is of the order of 10 Hz.
La sortie de l'amplificateur 19 est reliée à un circuit redresseur monoalternance 22 suivi d'un circuit à constante de temps dissymétrique constitué par un condensateur 23 et par trois résistances 24, 25, 26 montées comme indiqué au schéma. Un amplificateur différentiel 27 est alimenté à travers des résistances 28 et 29 et est monté en bascule à deux seuils de déclenchement du type bascule de Schmitt par exemple. The output of the amplifier 19 is connected to a monoalternation rectifier circuit 22 followed by an asymmetrical time constant circuit constituted by a capacitor 23 and by three resistors 24, 25, 26 mounted as shown in the diagram. A differential amplifier 27 is supplied through resistors 28 and 29 and is mounted in latch with two trigger thresholds of the Schmitt latch type for example.
"5 "5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
50 50
55 55
60 60
65 65
Un étage de puissance, constitué de deux transistors 30 et 31 montés en Darlington, est relié à la sortie de la bascule 27 par l'intermédiaire de deux résistances 32-33 et d'un condensateur 34 qui relie à la masse le point commun aux résistances 32-33. A power stage, consisting of two transistors 30 and 31 mounted in Darlington, is connected to the output of the flip-flop 27 via two resistors 32-33 and a capacitor 34 which connects the common point to ground resistors 32-33.
Les transistors 30 et 31 sont alimentés à travers la résistance 28 et une diode 35. Une diode de Zener 36 relie le collecteur du transistor 31 à la massé. Ledit collecteur est par ailleurs relié à une source de tension continue (+31 V maximum) d'alimentation d'un organe coupe-fil ou d'un relais de signalisation 37, à travers une diode 38. The transistors 30 and 31 are supplied through the resistor 28 and a diode 35. A Zener diode 36 connects the collector of the transistor 31 to the ground. Said collector is also connected to a DC voltage source (+31 V maximum) supplying a wire cutter or a signaling relay 37, through a diode 38.
En fonctionnement, la modulation permanente du faisceau lumineux par la texture du fil a pour effet la production d'un signal aléatoire au collecteur du phototransistor 2. L'amplificateur 19 amplifie ce signal qui est redressé par le circuit 22, lissé par l'ensemble 23 à 26 et appliqué à l'entrée de la bascule 27. In operation, the permanent modulation of the light beam by the texture of the wire has the effect of producing a random signal at the collector of the phototransistor 2. The amplifier 19 amplifies this signal which is rectified by the circuit 22, smoothed by the assembly 23 to 26 and applied to the input of scale 27.
En fonctionnement normal, c'est-à-dire lorsque le signal est présent, on ne descend pas en dessous du seuil bas de la bascule 27. Le signal de sortie de cette dernière est donc au niveau zéro et l'amplificateur 30-31 est bloqué en permanence si bien qu'aucune signalisation n'intervient. Si, par contre, le signal disparaît par suite par exemple de la coupure accidentelle du fil, au bout d'un temps bref pendant lequel le condensateur 23 est déchargé, l'entrée de la bascule 27 tombe à une valeur inférieure au seuil bas et il en résulte le déblocage des transistors 30, 31 donc l'intervention de la signalisation. In normal operation, that is to say when the signal is present, one does not descend below the low threshold of the flip-flop 27. The output signal of the latter is therefore at zero level and the amplifier 30-31 is permanently blocked so that no signaling occurs. If, on the other hand, the signal disappears as a result for example of the accidental cutting of the wire, after a short time during which the capacitor 23 is discharged, the input of the flip-flop 27 falls to a value below the low threshold and this results in the unlocking of the transistors 30, 31 therefore the signaling intervention.
La résistance 29 transmet à l'entrée de la bascule 27 une tension de réaction positive qui est indépendante de la charge et de sa tension d'alimentation, grâce à la présence de diodes 35 et 38. Les seuils ne dépendent donc pas de la charge. La diode de Zener 36 protège l'amplificateur de puissance vis-à-vis de l'action des parasites de ligne. The resistor 29 transmits to the input of the flip-flop 27 a positive reaction voltage which is independent of the load and of its supply voltage, thanks to the presence of diodes 35 and 38. The thresholds therefore do not depend on the load . The Zener diode 36 protects the power amplifier from the action of line noise.
Une particularité essentielle du circuit que l'on vient de décrire consiste dans la régulation de la tension du 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. An essential feature of the circuit which has just been described consists in regulating the voltage of the collector of the phototransistor 2 by the loop formed by the elements 13 to 16, the transistor 11, the diode 1 and the light beam. Said voltage is fixed at a defined reference value, since the amplifier 14 has a gain equal to unity, by the sum of the voltage drop across the diode 1 (approximately 1.1 V and practically independent of the current ), from the base emitter voltage drop of transistor 11 (approximately 0.65 V and practically independent of current) and from the voltage drop in resistors 15 and 16. The base current of transistor 11 being low, as well as the resistance values, this last voltage drop is low enough that its variations are negligible with respect to the set value.
Si une perturbation tend à faire varier le courant dans la diode 1, il en résulte une variation de même sens de la lumière If a disturbance tends to vary the current in diode 1, this results in a variation of the same direction of light
624 363 624,363
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 n'intervient pas pour les fréquences correspondant au signal utile, lesquelles sont coupées par le filtre 15,16, 18. emitted, therefore of the current which circulates in the phototransistor. The collector voltage then varies in the opposite direction, which has the effect of varying the base voltage of the transistor 11 in a direction suitable for restoring the value of the current in the diode 1. This compensation does not occur for the corresponding frequencies. at the useful signal, which are cut by the filter 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 boucle 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 19 pourra être effectué, ce qui confère à l'appareil une sensibilité accrue. The collector voltage of the phototransistor being stabilized, the same is true of the current since the supply voltage is itself stabilized. As a result, the phototransistor always works in class A, no risk of saturation or cut of the phototransistor remaining. A disturbance, provided that it remains within the limits of the regulation, therefore does not risk provoking a deactivation of the device: seen from this angle, the role of the optical loop is to push back the limits beyond which the system is out of service. Outside these limits, only one triggering of the signaling can occur. In addition, even if the characteristics of the components vary or if dust partially obscures the beam, the signal level will remain constant, so that a single adjustment of the gain of the amplifier 19 can be made, which gives the device increased sensitivity.
La compensation des perturbations par la boucle n'étant pas instantanée, il peut exister, en cas de perturbations, des variations transitoires du courant ne correspondant pas à la modulation du faisceau par le fil. Les perturbations, lorsqu'elles ont un spectre étendu de fréquence, sont enregistrées dans le court terme par le fijtre 20-21 et annihilées à long terme par la boucle optique. Elles sont aléatoires, à la différence du signal utile qui est permanent. Elles restent donc sans action sur l'état de l'organe 37, grâce au filtrage réalisé par les éléments 23, 24, 25, 26. Since the compensation for disturbances by the loop is not instantaneous, there may exist, in the event of disturbances, transient variations in the current not corresponding to the modulation of the beam by the wire. Disturbances, when they have an extended frequency spectrum, are recorded in the short term by the filter 20-21 and canceled in the long term by the optical loop. They are random, unlike the useful signal which is permanent. They therefore have no action on the state of the member 37, thanks to the filtering carried out by the elements 23, 24, 25, 26.
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. In the event that the accumulation of dust on the opto-electronic organs would have the effect of causing the passage of a large current in the diode 1, sufficient to saturate the transistor 11, the resistance placed across the terminals of the capacitor 12 would become very low vis-à-vis the resistor 10. In this case, the filtering of the residual ripple of the supply voltage could no longer be carried out by said capacitor. The transistor 8 assumes this function, its base voltage, therefore its emitter voltage, being stabilized by the Zener diode 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. It goes without saying that various modifications can be made to the assembly described and shown, without departing from the spirit of the invention.
Ce montage est apte à fonctionner dans une large gamme de vitesses de défilement du fil. Sa sensibilité dépend évidemment de la vitesse linéaire du fil et de sa texturation. This assembly is suitable for operating in a wide range of thread running speeds. Its sensitivity obviously depends on the linear speed of the thread and its texturing.
3 3
5 5
10 10
15 15
20 20
25 25
30 30
35 35
40 40
45 45
R R
1 feuille dessins 1 sheet of drawings
Claims (4)
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Family Applications (1)
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PL | Patent ceased |