CH635688A5 - Detecteur photo-electrique de la presence d'un objet. - Google Patents
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Description
L'invention se rapporte aux détecteurs photo-électriques de la présence d'un objet, comprenant une diode électro-lumines-cente exitée par un circuit émetteur et couplée à un récepteur photo-électrique, un circuit intégrateur du courant délivré par le io récepteur, et un organe de commutation à thyristors, commandé par le courant intégré. Elle concerne plus particulièrement les dispositifs du type dit «à deux fils», dans lesquels l'organe de commutation est connecté aux bornes à courant redressé non filtré d'un pont de diodes branché sur le secteur par l'intermé-15 diaire d'un organe d'utilisation. Ce dernier est, par exemple, un relais commandé par l'organe de commutation. Ce genre de détecteur, dont les applications industrielles sont nombreuses (par exemple, détection du passage d'un objet dans le faisceau lumineux émis par la diode électro-luminescente en direction du 20 récepteur, en vue de déclencher une certaine opération), a une portée de plusieurs mètres, plus importante que celle d'un détecteur à capteur inductif. L'utilisation, bien connue dans un tel montage, d'une diode électro-luminescente, permet de s'affranchir de l'emploi d'un transformateur d'alimentation, donc de 23 réduire l'encombrement et la consommation en énergie électrique.
Lorsque l'on désire, à des fins de simplification du montage, le réaliser dans la version à «deux fils», l'on doit faire face à deux difficultés connues. La première est que, lorsque l'organe 30 de commutation est à l'état bloqué, le courant consommé par l'ensemble capteur (qui comprend la diode électro-luminescente, le récepteur et le circuit intégrateur) circule à travers l'organe d'utilisation, d'où il résulte que ce courant doit être aussi réduit que possible. La seconde difficulté est que, lorsque 35 l'organe de commutation est passant, il faut disposer d'une source auxiliaire de tension d'alimentation du capteur.
Pour vaincre la seconde difficulté mentionnée ci-dessus, on a proposé différents montages plus ou moins complexes dont certains font appel à un thyristor auxiliaire: voir par exemple, le 4o brevet français déposé le 3 Décembre 1976 sous le N° 76.36635 pour «Détecteur de proximité à deux fils», par la titulaire.
Il est connu, pour vaincre la première difficulté, d'exciter la diode électro-luminescente au moyen d'un multivibrateur comportant deux transistors de types complémentaires simultané-45 ment conducteurs pendant seulement une très faible fraction de temps.
Un inconvénient de ce montage connu réside dans le fait que la consommation croît lorsque la température ambiante augmente, par suite du fait que le temps de conduction dépend du 50 gain des transistors, lequel croît lui-même avec la température.
Le but de l'invention est de fournir un détecteur ne présentant pas cet inconvénient. A cet effet, le détecteur objet de l'invention comporte un circuit émetteur constitué par un multivibrateur monostable comprenant deux transistors complémen-55 taires dont la base du premier est reliée au collecteur du second par un circuit à constante de temps à résistance et capacité, et est caractérisé en ce que le circuit à constante de temps comprend une résistance à coefficient de température négatif de valeur telle que les variations en fonction de la température de la durée 60 de conduction desdits transistors dues aux variations de ladite constante de temps et celles dues aux variations du gain du premier transistor se compensent au moins en partie.
Suivant un mode d'exécution préféré, la valeur de la résistance à coefficient de température négatif est choisie pour que 65 ladite durée de conduction augmente légèrement lorsque la température décroît, ceci pour compenser la perte de sensibilité photo-électrique du photo-transistor que comporte le récepteur, aux basses températures.
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Suivant une forme d'exécution, le détecteur comporte, pour vaincre la seconde difficulté mentionnée ci-dessus, un montage de l'organe de commutation particulièrement simple, faisant également appel à un thyristor auxiliaire, ledit montage étant agencé pour que, lorsque ledit thyristor auxiliaire se débloque et avant qu'il n'entraîne le déblocage du thyristor principal, un condensateur connecté en série avec le thyristor auxiliaire aux bornes à courant redressé du pont de diodes, puisse se charger pendant un bref intervalle de temps à travers ledit thyristor auxiliaire et une diode qui relie la cathode dudit thyristor auxiliaire au pôle positif dudit condensateur.
Les diverses particularités, ainsi que les avantages de l'invention, apparaîtront clairement à la lumière de la description ci-après, accompagnée de la figure unique du dessin annexé, qui représente le schéma des circuits d'un détecteur photo-électrique conforme à un mode d'exécution préféré de l'invention.
Le montage représenté comprend, de façon connue en soi: un émetteur d'impulsions lumineuses constitué d'une diode électro-luminescente Dj montée dans le circuit d'un multivibrateur comprenant deux transistors complémentaires T3, T4; un récepteur comprenant un photo-transistor Ti et un transistor amplificateur T2; un intégrateur comprenant des résistances R22, R23, R24 et des condensateurs C7 et C8, et un dispositif de commutation à thyristors qui comprend ici deux thyristors Thj et Th2 et un transistor Ts. La tension d'alimentation est fournie par un pont de diodes Dn à D14 branché sur le réseau à travers la charge, non représentée, le montage étant du type à deux fils.
L'alimentation de l'émetteur et de l'ensemble de réception et d'intégration s'effectue à basse tension et est prélevée aux bornes d'un condensateur G, qui sert de réservoir et se charge lorsque le faisceau est occulté, pendant la première partie de chaque alternance de la tension de secteur, comme on va maintenant l'expliquer:
La base du transistor Tg, qui est du type npn (comme les autres transistors du montage donné à titre d'exemple à l'exclusion de T3 et de T6) est reliée, d'une part à un collecteur du transistor T2 par l'intermédiaire d'un condensateur C5 et d'une résistance R16, d'autre part au point commun aux résistances R23 et R24 et au condensateur C8.
Lorsque le faisceau est occulté, il n'y a pas de tension sur la base de Tg, si bien que ce transistor est bloqué. Il en résulte que la tension de gâchette de Thj (gâchette qui est reliée au collecteur de T8 par une diode D15) a une valeur élevée et qu'un courant de gâchette s'établit à travers une résistance R28 en série avec D,5 et T8 aux bornes du pont de diodes Du-D14. Le thyristor Thj s'amorce, ouvrant ainsi une voie de conduction, aux bornes du pont Dn-D14, qui passe par une diode électro-luminescente D4 (qui signale donc l'état occulté du faisceau), le thyristor Thl5 une diode de Zener D7 et une résistance R29. Le condensateur C9 se charge tout d'abord, à travers une diode D17 qui relie l'une de ses électrodes au point A commun à la cathode de Th( et à celle de la diode de Zener D7. Dès que la tension en A atteint une valeur, par exemple 8,2 v., qui correspond à la tension inverse de la diode de Zener D7, celle-ci se met à débiter, ce qui fait monter la tension de gâchette de Th2, prélevée aux bornes de R29, jusqu'à une valeur suffisante pour que ledit thyristor s'amorce. Th2, qui est avantageusement d'un calibre supérieur à Tht, prend ainsi le relais de celui-ci. Cg cesse évidemment de se charger.
Lorsque le faisceau n'est pas occulté, le transistor Ts est à l'état saturé, si bien que la tension de gâchette de Thj est de l'ordre de 0,8 v. (somme des chutes de tension dans D15 et T8). Th[ est donc à l'état bloqué, si bien que la gâchette de Th2 est à la masse et que ce dernier thyristor est lui-même bloqué. Ce blocage est favorisé par la présence d'une diode D8 entre la cathode de Th2 et la masse. Pendant les intervalles de temps où Th2 est bloqué, C9 se charge à travers deux résistances R25, R2<-,. Lorsqu'il en est ainsi, la charge de C9 se trouve régulée, par les diodes D16 et D7, à la valeur de la somme des chutes de tension aux bornes de ces deux diodes, c'est-à-dire à 0,6 + 8,2 = 8,8 volts. Par contre, pendant les intervalles de temps où, comme on l'a expliqué ci-dessus, la charge de Cg s'effectue à travers DI7 5 (faisceau occulté), la tension aux bornes de C9 est régulée à une valeur de 8,2— 0,6=7,6 volts.
On voit, en définitive, que la tension aux bornes de C9 est plus grande lorsque le faisceau est désocculté. Il en résulte que le courant qui traverse la diode électro-luminescente Dj, donc io l'intensité de la lumière émise, s'accroît au moment où l'on désocculté le faisceau et, par contre, décroît au moment où on l'occulte, ce qui facilite finalement les transitions et évite les phénomènes de battement.
On va maintenant décrire un dispositif, comportant deux 15 transistors T7 et T9 de type npn, destiné à éviter une détection intempestive de présence d'objet au moment de la mise sous tension du montage. Cette détection risquerait de se produire par suite du fait que, lors de la mise sous tension du montage, la charge du condensateur C9 prend un certain temps (150 ms par 20 exemple), pendant lequel le faisceau lumineux se développe progressivement. Jusqu'à son établissement, T8 serait donc bloqué et Tht, puis Th2 débloqués.
Cette commutation intempestive est évitée de la manière suivante:
25 Le transistor T9 est, dès la mise sous tension du montage, soumis à une tension de polarisation de base à travers une résistance R27. Il est donc passant et, étant monté en parallèle sur T8 (alors bloqué) il fait tomber la tension de gâchette de Thj de façon à empêcher l'amorçage de Th^ Il n'y a donc pas de com-30 mutation.
Dès que la tension s'est établie à une valeur suffisante aux bornes de C9, une diode de Zener DIg, reliée à la borne B de C9 à travers deux résistances R8 et R30 en série, se débloque (par exemple à 6,2 v.). Un condensateur C10, en série avec D18 se 35 charge alors, jusqu'au moment où il polarise la base du transistor T7, qui se débloque. La conduction de T7 supprime le courant de base de T9, qui se bloque. A ce moment, le dispositif T7-T9 a, en quelque sorte, été mis hors de service et la commutation peut se produire normalement en présence d'un objet qui oc-40 culte le faisceau.
On va maintenant décrire l'émetteur, constitué de deux transistors complémentaires T3 et T4 montés en multivibrateur de la manière suivante:
L'émetteur de T3 est relié au point d'alimentation B par 45 l'intermédiaire d'une résistance R9, son collecteur étant relié, d'une part à la masse à travers une résistance R4, d'autre part, à la base de T4. La base de T3 est polarisée, à partir de la tension en B, par un pont de deux résistances R10-R3, dont le point commun est relié au collecteur de T4 par un circuit à constante 50 de temps comportant une résistance fixe Rg en parallèle sur une résistance R5 à coefficient de température négatif, cet ensemble parallèle étant en série avec un condensateur Q. Le transistor T4 est en série avec la diode électro-luminescente Di et une résistance R7 et le point commun à ces deux derniers compo-55 sants est relié au point commun entre R9 et T3.
Si l'on considère un instant arbitraire du fonctionnement du montage multivibrateur T3-T4 où T3 et T4 sont saturés, le courant émetteur-base de T3 circule à travers R9, R5 et Rg et charge progressivement Cj. Ce courant, multiplié par le gain en courant 60 de T3, sert de courant de base pour T4 et il décroît exponentiel-lement pendant la charge de Q, jusqu'à devenir insuffisant pour assurer la saturation de T4. A ce moment, le transistor T4 passe en régime de fonctionnement linéaire ; son potentiel de collecteur remonte et cet accroissement de potentiel est transmis, par 65 Cu R5-R6, à la base de T3, d'où il résulte un blocage de ce dernier et, par suite, un blocage de T4. A ce moment, le potentiel de collecteur de T4'remonte encore plus vite, jusqu'à la valeur de la tension en B, ce qui a pour effet de confirmer le
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blocage de T3, pendant toute la durée de la décharge de C, à travers R.5-R6-R3. A la fin de cette décharge, T3 redevient passant et un nouveau cycle commence.
Le montage délivre finalement des impulsions de courant de l'ordre de 1A (ordre de grandeur qui convient pour conférer à la diode électro-luminescente une portée acceptable), avec un rapport cyclique de l'ordre de 1/1000 (durée des impulsions: environ 4 micro-sec. ; intervalle entre impulsions: 4 milli-sec.). Le courant moyen consommé par la diode électroluminescente est donc de l'ordre de 1 m A; le multivibrateur a, de son côté, une consommation propre négligeable.
Les avantages d'un tel montage émetteur sont connus. Son inconvénient, dans l'art antérieur, réside dans le fait que la durée des impulsions dépend en partie du gain des transistors, lequel varie de façon notable avec la température. Il en résulte des variations inadmissibles de la consommation du montage émetteur «à vide», c'est-à-dire lorsque le faisceau n'est pas occulté.
Dans le montage décrit, cet inconvénient est supprimé grâce au fait que la résistance R5 prend des valeurs très faibles aux températures élevées, pour lesquelles le gain de T3 ou T4 est, de son côté, élevé.
Il résulte des explications ci-dessus que la durée de conduction dépend de la constante de temps de charge de Cx à travers le circuit R5-R6, et du gain du transistor T3. Ces deux facteurs variant en sens inverse lorsque la température croît, il est possible de maintenir cette durée constante. En pratique, il est préférable de choisir les valeurs des paramètres pour que les impulsions soient un peu plus longues aux températures basses qu'aux températures moyennes, afin de tenir compte du fait que l'efficacité du photo-transistor diminue lorsque la température baisse.
Une autre particularité du montage émetteur décrit réside . dans la présence de la résistance de contre-réaction R9 qui relie la borne B à l'émetteur de T3. La chute de tension dans cette résistance pendant les périodes de conduction a pour effet de faire fonctionner le transistor T3 en régime linéaire, essentiellement instable, ce qui supprime tout risque que le multivibrateur puisse être passant en permanence.
Si l'on considère maintenant le circuit récepteur, on voit que le photo-transistor T1; monté en collecteur commun, est polarisé par un circuit comprenant des résistances R8, Rj et R2 en série et un condensateur Q monté en parallèle sur Rj R2. La contre-5 réaction inhérente au montage à collecteur commun qui réduit considérablement toute perturbation, confère au circuit une bonne immunité vis-à-vis de la lumière continue ambiante.
Le transistor amplificateur T2, monté en base commune, a une impédance d'entrée extrêmement faible, ce qui augmente la io rapidité du photo-transistor Tj. Les composants et T2 consomment un faible courant.
Une particularité du montage de la figure, réside dans le fait que les impulsions, disponibles sur la résistance de collecteur 15 Ru de T2, ne sont pas appliquées directement au circuit intégrateur (C7 - C8 - R22 - R23 - R24), mais au préalable, conformées par une bascule monostable composée de deux transistors complémentaires T5 et T6. Les éléments du circuit de cette bascule (résistances R20, R17, R19, R2i ; capacité C6, diode D3) sont ré-20 glés pour que le temps de conduction de T5 et T6 soit environ égal à moitié de la période du circuit émetteur, soit par exemple 2ms. De cette façon, on supprime la dissymétrie des constantes de temps de charge et de décharge des condensateurs de l'intégrateur, dissymétrie qui conférerait au montage des temps de 25 réponse très différents suivant que l'on occulte ou que l'on dé-socculte le faisceau, ce qui serait gênant, aussi bien pour l'utilisation que pour la protection du montage vis-à-vis des perturbations.
Il va de soi que diverses modifications pourront être appor-30 tées au montage décrit et représenté, sans s'écarter de l'esprit de l'invention. Le circuit représenté au dessin est, en particulier, du type dans lequel l'organe de commutation est passant lorsque le faisceau est occulté.
Un montage du type dans lequel l'organe de commutation 35 serait bloqué lorsque le faisceau est occulté devait évidemment comporter un organe inverseur entre le circuit intégrateur et le transistor T8. Par contre, le dispositif de protection constitué par les transistors T7 et T9 serait supprimé.
Le reste du montage pourrait être identique à celui figuré.
1 feuille dessins
Claims (7)
- 635 6882REVENDICATIONS1. Détecteur photo-électrique de la présence d'un objet, comprenant une diode électro-luminescente excitée par un circuit émetteur et couplée à un récepteur photoélectrique, un circuit intégrateur du courant délivré par le récepteur, et un organe de commutation à thyristors commandé par le courant intégré et connecté aux bornes à courant redressé non filtré d'un pont de diodes destiné à être branché sur le secteur par l'intermédiaire d'un organe d'utilisation, le circuit émetteur étant constitué par un multivibrateur monostable comprenant deux transistors complémentaires dont la base du premier est reliée au collecteur'du second par un circuit à constante de temps à résistance et à capacité, caractérisé en ce que ledit circuit à constante de temps comprend une résistance à coefficient de température négativ de valeur telle que les variations, en fonction de la température, de la durée de conduction desdits transistors dues aux variations de ladite constante de temps et celles dues aux variations du gain du premier transistor se compensent au moins en partie.
- 2. Détecteur photo-électrique selon la revendication 1, caractérisé en ce que la valeur de la résistance à coefficient de température négativ est choisie pour que ladite durée de conduction augmente légèrement lorsque la température décroît, pour compenser la réduction de sensibilité aux basses températures, du photo-transistor que comporte ledit récepteur photoélectrique.
- 3. Détecteur photo-électrique selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit multivibrateur comprend une résistance de contre-réaction montée dans le circuit d'émetteur du premier transistor.
- 4. Détecteur photo-électrique selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'organe de commutation comprend un thyristor principal, un thyristor auxiliaire, un condensateur montés en parallèle aux bornes à courant redressé du pont, ledit condensateur étant relié à une première desdites bornes, à laquelle sont reliées les anodes des deux thyristors, par l'intermédiaire d'une première résistance, la cathode du thyristor auxiliaire étant reliée à la deuxième desdites bornes par l'intermédiaire d'une diode de Zener en série avec une seconde résistance, le point commun au thyristor auxiliaire et à la diode de Zener étant relié au point commun audit condensateur et à la première résistance au moyen de deux diodes montées en antiparallèle, et le point commun à la diode de Zener et à la seconde résistance étant relié à la gâchette du thyristor principal, et des moyens pour débloquer le thyristor auxiliaire à l'apparition ou à la disparition du courant dans le récepteur.
- 5. Détecteur photo-électrique selon la revendication 4, caractérisé en ce que lesdits moyens pour débloquer le thyristor auxiliaire comprennent un transistor de déblocage dont la base est reliée à la sortie du récepteur et dont le collecteur est relié à la gâchette du thyristor auxiliaire.
- 6. Détecteur photo-électrique selon la revendication 5, caractérisé par un premier transistor auxiliaire, connecté aux bornes à courant redressé du pont, et par un second transistor auxiliaire monté en parallèle sur ledit transistor de déblocage et de même type que celui-ci et dont la base est reliée à ladite première borne à travers une résistance de polarisation, la base du premier transistor auxiliaire étant reliée au point commun entre ledit condensateur et ladite première résistance par l'intermédiaire d'une résistance en série avec une diode Zener et à la deuxième borne par l'intermédiaire d'un condensateur, le collecteur du premier transistor auxiliaire étant relié à la base du second.
- 7. Détecteur photo-électrique selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisée par une bascule monostable qui relie ledit récepteur audit circuit intégrateur et possède un temps de conduction égal à la moitié de la période de récurrence des impulsions délivrées par le récepteur.
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