FR2575820A1 - Procede et dispositif pour mesurer la distance entre une cible et un capteur - Google Patents

Procede et dispositif pour mesurer la distance entre une cible et un capteur Download PDF

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Abstract

SUIVANT CE PROCEDE, ON DETECTE UNE PERTURBATION DE LA TENSION DANS UN SIGNAL D'ONDE TRIANGULAIRE ALIMENTANT DIRECTEMENT LEDIT CAPTEUR. LE DISPOSITIF COMPREND UN CIRCUIT RESONNANT SERIE ALIMENTE PAR UN OSCILLATEUR, UN COMPARATEUR ET UNE SOURCE D'ALIMENTATION STABILISEE, CARACTERISE EN CE QUE L'OSCILLATEUR O ALIMENTANT LE CAPTEUR 1 EST UN OSCILLATEUR D'ONDES TRIANGULAIRES RELIE A UN AMPLIFICATEUR DE PUISSANCE 10 ALIMENTANT DIRECTEMENT LE CAPTEUR 1 ET ADAPTE POUR PRODUIRE UN SIGNAL DE TENSION DE SORTIE PRESENTANT UNE PERTURBATION LORSQUE L'IMPEDANCE DU CAPTEUR VARIE, ET COMPREND UN CIRCUIT LOGIQUE 9 A TROIS ENTREES ET UN CIRCUIT MONOSTABLE REDECLENCHABLE 12. APPLICATION AUX CAPTEURS DE PROXIMITE.

Description

La présente invention est relative à un dispositif de détection de la
proximité d'une cible mobile présentant des propriétés ferro-magnétiques par rapport à un point fixe o est disposé un détecteur et ce dans une plage de distances déterminée. La mesure de la proximité d'une pièce, ou cible, par rapport à un point fixe déterminé trouve de nombreuses applications parmi lesquelles on peut citer la discrimination entre les positions d'ouverture et de fermeture d'une porte métallique, la détection de la position des jambes du train
d'atterissage d'un aéronef et autres.
La capacité de mesure d'un tel dispositif est parti-
culièrement intéressante lorsque la cible mobile est entourée de structures métalliques relativement importantes qui ne
doivent pas altérer les valeurs du déplacement à mesurer.
Dans certaines applications les emplacements o sont situés le point de détection et les moyens électroniques de traitement des informations fournies par le dispositif détecteur sont parfois éloignés d'une distance pouvant être
de quelques centimètres à plusieurs dizaines de mètres.
Dans le cas notamment des aéronefs, dans lequel le poids de l'installation d'un tel dispositif pouvant comprendre plusieurs détecteurs de proximité est un facteur critique, on a été conduit à dissocier la partie sensible, ou capteur, des circuits électroniques de mesure qui sont rassemblés enun
bloc, ou une carte, installé à distance.
- On a déjà réalisé de tels dispositifs qui comprennent
une inductance disposée dans le capteur, l'unité de traite-
ment des informations comprenant un pont de mesure classique d'inductance (pont de Maxwell). Un tel système nécessite, entre le ou les capteurs et l'unité de traitement, une ligne
de liaison à trois conducteurs.
Pour réduire encore le poids, il est préférable que le ou les capteurs et l'unité de traitement ne soient reliés
que par deux conducteurs.
On connait déjà différents dispositifs réalisés dans ce but et comportant un circuit résonnant série disposé dans le capteur. La demande française n 82/03694 notamment, décrit un dispositif à capteur inductif avec un circuit résonnant série alimenté en basse fréquence par un signal sinusoïdal et dans lequel on mesure le déphasage au moyen d'un comparateur de phase. Bien que le fonctionnement d'un tel dispositif soit tout à fait satisfaisant du point de vue de la précision de
la mesure de la proximité de la cible, il ne permet cepen-
dant pas, en lui-même, de satisfaire à un besoin impératif, dans le cas de son utilisation sur un aéronef moderne, qui est la simulation de son fonctionnement dans le cadre des contrôles de sécurité particulièrement sévères exigés sur
les avions modernes.
L'invention a notamment pour but de remédier à cet inconvénient en fournissant un dispositif de détection de proximité du type décrit cidessus, permettant par lui-même
d'effectuer une telle simulation,c'est-à-dire sans adjonc-
tion d'un matériel supplémentaire.
Ce but est atteint suivant l'invention au moyen d'un procédé suivant lequel la mesure de la proximité de la cible
est effectuée par la détection d'une perturbation de la ten-
sion dans un signal d'onde triangulaire.
L'invention a pour objet à cet effet un dispositif de détection de la proximité d'une cible mobile présentant
des propriétés magnétiques, entourée de structures métal-
liques relativement importantes, du type à capteur inductif
comportant un circuit résonnant série alimenté par un oscil-
lateur, un comparateur et:une source d'alimentation stabili-
sée, caractérisé en ce que l'oscillateur alimentant le cap-
teur est un oscillateur d'ondes triangulaires relié à un amplificateur de puissance adapté pour produire un signal de tension de sortie présentant une perturbation lorsque et comprend l'impédance du capteur varie,/un circuit logique à trois
entrées et un circuit monostable redéclenchable.
La description qui va suivre, en regard des dessins
annexés à titre d'exemples non limitatifs, permettra de bien
comprendre comment l'invention peut être mise en pratique.
La figure 1 est un schéma synoptique du dispositif
détecteur de proximité suivant l'invention.
La figure 2 est un schéma de l'amplificateur de puissance. Les figures 3a à 3d montrent la déformation de la tension de sortie de l'amplificateur lorsque le courant dans le capteur change de sens, la figure 3b montrant la déforma- tion de la sortie de l'amplificateur lorsque la cible se trouve au seuil de détection par rapport au capteur, la figure 3c montrant cette même tension lorsque la cible est la plus proche du capteur et la figure 3d correspondant à
l'éloignement de la cible.
En se référant à la figure 1, le dispositif comprend, un capteur de proximité désigné par la référence 1 et un
circuit électronique désigné dans son ensemble par la réfé-
rence 2, qui est relié au capteur par un câble 3 à deux
conducteurs.
Comme connu en soi, le capteur 1 comprend un circuit résonnant formé d'une inductance 4 et d'une capacité 5 en
série dans un boîtier 6.
Le dispositif électronique 2 suivant l'invention
comprend un oscillateur 0, du type VCO constitué essentiel-
lement de trois comparateurs de tension la, 2a, 3a, de résistances R1, R2, R3, R4, R5 et d'un condensateur C1,
comme connu en soi.
L'oscillateur O est relié d'une part à un-amplifica-
teur de tension 7 et à une entrée d'un comparateur 8 et, d'autre part, à un circuit logique 9 (porte ET). La seconde entrée du comparateur 8 est reliée à la jonction entre l'amplificateur de tension 7 avec un amplificateur de puissance 10 d'un type particulier qui sera décrit dans la suite, et à l'une des entréesd'un autre comparateur il dont la seconde entrée est reliée à la sortie de l'amplificateur de puissance 10. La sortie du comparateur 8 et celle du
comparateur il sont également reliées au circuit logique 9.
La sortie du circuit logique 9 est reliée à un circuit monostable redéclenchable 12 dont les sorties Q et Q
sont utilisées pour le branchement d'un dispositif avertis-
seur d'un type quelconque approprié.
Le condensateur 5 du capteur 1 est relié à la sortie de l'amplificateur de puissance 10, tandis que l'inductance 4 est reliée à la masse. L'ensemble est alimenté par une
source d'alimentation stabilisée 13 comme représenté.
L'amplificateur de puissance 10, relié à la sortie de l'amplificateur de tension 7, comprend, comme représenté à la figure 2, deux transistors complémentaires NPN et PNP
désignés par les références 14 et 15 respectivement.
Les bases des deux transistors 14, 15 sont reliées ensemble et à la sortie de l'amplificateur de tension 7. La jonction de ces deux bases est également reliée par ltinter-
médiaire d'une résistance 16 au collecteur du transistor 14.
Les émetteurs des transistors 14, 15 sont reliés ensemble et leur jonction est reliée au condensateur 5 du capteur 1. Les collecteurs des deux transistors sont reliés à la source de tension de sorte que le circuit d'utilisation
de l'amplificateur de puissance 10 est le capteur 1.
La particularité de cet amplificateur est de pro-
duire une perturbation de son signal de sortie lorsqu'appa-
rait une variation de l'impédance d'un circuit LC qu'il
alimente directement.
Le fonctionnement du dispositif est le suivant: Le circuit LC du capteur est alimenté e partir de l'oscillateur par l'intermédiaire de l'amplificateur de puissance 10 à une fréquence proche de la résonance du circuit LC Le condensateur C1 de l'oscillateur est chargé linéairement à travers la résistance RI et se décharge à
travers la résistance R2.
La tension au point S1 est une onde de forme tri-
angulaire mais de faible niveau. Cette tension est amplifiée par l'amplificateur 7 pour parcourir tout l'intervalle de
tension d'alimentation, de O à +V,. puis amplifiée en puis-
sance par l'amplificateur 10.
Le transistor NPN de l'amplificateur 10 applique un courant de charge au circuit LC du capteur, ce courant
croissant linéairement de O à +V. -
Lorsque le courant cesse de croître, l'énergie emmagasinée dans le circuit LC est restituée, aux pertes près, à travers le transistor PNP. Ce changement de mode: charge et décharge, crée une déformation de la tension de sortie de l'amplificateur de puissance 10, cette déformation
étant due au seuil de tension base-émetteur de chaque tran-
sistor necéssaire pour assurer leur conduction et au fait que la charge de l'amplificateur 7 est réactive. Cette
déformation est matérialisée par un palier de la tension.
Le circuit LC du capteur étant proche de la résonance, ce circuit se comporte comme une résistance pure, alimentée à travers une capacité de valeur infinie. Dans ce cas le palier de tension se trouve situé à une valeur +V/2. Lorsque la cible C, qui présente des propriétés magnétiques (par exemple en acier doux), se rapproche du
capteur, la valeur de la self 4 augmente ainsi que l'impé-
dance du circuit LC. Cette variation entraîne une perturba-
tion de la forme d'onde de la tension de sortie de l'ampli-
ficateur de puissance: lorsque la cible C se rapproche, le
courant dans le circuit LC diminue et le déphasage tension-
courant est tel que l'arrêt de la conduction de la paire de transistors complémentaires NPN et PNP se produit pour une valeur de tension comprise entre +V/2 et +V. Le palier de
tension "monte".
Lorsque la cible C s'éloigne du capteur l'effet inverse se produit et le palier de tension "descend", 6omme
on le voit sur les figures 3b, c, d.
La mesure consiste à comparer la tension de sortie déformée de l'amplificateur de puissance 10 à une tension de
même type prise comme référence, prise à la sortie de l'am-
plificateur de tension 7, à sa jonction avec l'amplificateur
de puissance 10.
Le comparateur Il qui reçoit à l'une de ses entrées la tension de sortie VS de l'amplificateur de puissance 10
d'une part et la tension de référence en sortie de l'ampli-
ficateur de tension, fournit à sa sortie une tension d'impul-
sion d'une durée proportionnelle au rapprochement de la
cible C du capteur 1.
Cette tension d'impulsion correspond à un état logique =l lorsque le premier palier de tension Si est
supérieur au second S2.
Pour ne prendre en compte que le palier de tension situé dans la partie croissante de l'onde triangulaire, le
circuit logique "ET" 9 à trois entrées n'autorise la valida-
tion de l'information que durant l'intervalle t2-t
(figures 3c et 3d).
La sortie du circuit logique 9 délivre une impulsion
2575...
de largeur proportionnelle au rapprochement de la cible C du
capteur 1.
Le front montant de cette impulsion est utilisé pour déclencher le circuit monostable 12 dont la constante de temps est supérieure à la période de l'onde triangulaire,
de sorte que sa sortie reste au niveau logique =laussi long-
temps que des impulsions sont appliquées à son entrée.
On dispose ainsi d'un signal continu qui change d'état logique en fonction de la distance de la cible C au
capteur 1.
Le signal de sortie du circuit 12 peut être utilisé comme on le désire pour actionner un dispositif avertisseur,
d'affichage ou autre.
Pour localiser la position de la cible par rapport au capteur, la fréquence de l'oscillateur VCO doit être initialement réglée de façon à correspondre à la figure 3b qui correspond à la position de la cible, au seuil de détection. Si l'utilisation du dispositif ne nécessite que la mesure d'une seule valeur de la distance de la cible C au
capteur 1, on utilisera seulement le début de l'impulsion.
Du fait que l'oscillateur est du type VCO, dont la fréquence peut être ajustée au moyen d'une tension continue,
il est possible de simuler une position rapprochée ou éloi-
gnée de la cible, lors des tests de vérification, et ceci quelle que soit la position réelle de la cible par rapport
au capteur.
Cette caractéristique est importante, notamment dans le cas d'application du dispositif suivant l'invention sur
un aéronef, dans le cadre des tests de maintenance.
On soulignera enfin que l'on a choisi une forme d'onde triangulaire afin d'éviter l'apparition de parasites
HF sur la ligne reliant le capteur au dispositif.

Claims (4)

REVENDICATIONS
1. Procédé pour mesurer la proximité d'une cible
présentant des propriétés magnétiques par rapport à un cap-
teur inductif, caractérisé en ce qu'on détecte une perturba-
tion de la tension dans un signal d'onde trangulaire alimen-
tant directement ledit capteur.
2. Dispositif de détection de la proximité d'une cible mobile présentant des propriétés magnétiques pour la mise en oeuvre du procédé défini suivant la revendication 1, du type à capteur inductif comportant un circuit résonnant série alimenté par un oscillateur, un comparateur et une source d'alimentation stabilisée, caractérisé en ce que l'oscillateur O alimentant le capteur (1) est un oscillateur d'ondes triangulaires relié à un amplificateur de puissance (10) alimentant directement le capteur (1) et adapté pour produire un signal de tension de sortie présentant une et comDrend
perturbation lorsque l'impédance du capteur varie,/un cir-
cuit logique (9) à trois entrées et un circuit monostable
redéclenchable (12).
3. Dispositif suivant la revendication 2, caractéri-
sé en ce que l'oscillateur O est du type VCO dont la fré-
quence peut être réglée au moyen d'une tension continue.
4. Dispositif suivant la revendication 3, caractéri-
sé en ce que l'amplificateur de puissance (10) comprend un transistor NPN (14) et un transistor PNP (15) dont les bases sont reliées ensemble et dont les émetteurs sont également reliés ensemble, le collecteur du transistor NPN (14) étant relié à sa base par une résistance (16) et la jonction des
émetteurs étant reliée directement audit capteur (1).
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