FR2616903A1 - OPTO-ELECTRIC POSITIONING SOCKET - Google Patents
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Abstract
Prise à barreau opto-électrique ombreur dans laquelle deux diodes sont associées à distance déterminée à une source émettrice de lumière. Les diodes photosensibles D1, D2 sont intégrées à une distance mutuelle d'environ 25 mum sur une puce et à chacune d'elles est associée une résistance de travail R1, R2 à travers laquelle s'écoulent les courants de diodes I1, I2, la différence de courants DELTAIs = Is-I1 formée entre un courant constant de référence Is et le premier courant de diode I1 en un point de sommation S1 commandant en même temps, à travers un amplificateur intégrateur V2 et un transistor T, une source lumineuse LED en sorte que I1 soit égale à Is. L'invention s'applique notamment à des dispositifs gyroscopiques, accélérométriques ou analogues.Socket with opto-electric shading bar in which two diodes are associated at a determined distance to a light emitting source. The photosensitive diodes D1, D2 are integrated at a mutual distance of about 25 mum on a chip and to each of them is associated a working resistor R1, R2 through which flow the diode currents I1, I2, the difference in currents DELTAIs = Is-I1 formed between a constant reference current Is and the first diode current I1 at a summation point S1 controlling at the same time, through an integrating amplifier V2 and a transistor T, a light source LED in so that I1 is equal to Is. The invention applies in particular to gyroscopic, accelerometric or similar devices.
Description
PRISE OPTO-ELECTRIQUE DE POSITIONNEMENTOPTO-ELECTRIC POSITIONING SOCKET
La présente invention concerne une prise opto- The present invention relates to an optically
électrique de positionnement selon le principe du barreau ombreur optoélectrique, dans laquelle deux diodes sont associées à distance déterminée à une source émettrice de lumière. L'utilisation de capteurs de positionnement appropriés est nécessaire pour divers dispositifs électroniques tels par exemple que certains gyroscopes, accéléromètres, etc. A son présent niveau, la technique dispose à cet effet de différentes conceptions de principe telles par exemple que la mise en oeuvre d'éléments electrical positioning according to the principle of the optoelectric shade bar, wherein two diodes are associated at a determined distance to a light emitting source. The use of appropriate positioning sensors is necessary for various electronic devices such as for example certain gyroscopes, accelerometers, etc. At this level, the technique has for this purpose different conceptions of principles such as for example that the implementation of elements
dynamométriques" comme des extensiomètres piézo-résistifs. dynamometric "as piezo-resistive extensometers.
Mais une telle conception est grevée de l'inconvénient d'une stabilité de température insuffisante. Les servitudes de compensation, ajustage et finition sont en outre si élevées que ce procédé de mesure n'est But such a design is burdened with the disadvantage of insufficient temperature stability. Compensation, adjustment and finishing easements are also so high that this measuring method is not
envisageable que pour des cas tres speclaux.. only possible for very specific cases.
Une autre conception repose sur le principe magnétique avec utilisation de ce que l'on appelle des palpeurs à plaque de champ ou d'éléments de Hall. Mais la compensation très difficile et coûteuse de leur sensibilité marquée à la température s'oppose à la Another design is based on the magnetic principle with the use of so-called field plate probes or Hall elements. But the very difficult and costly compensation of their marked sensitivity to temperature is opposed to
diversification de leur emploi.diversification of their jobs.
La Demanderesse s'est donc tournée vers le principe du barreau ombreur opto-électrlque et a découvert qu'il était possible de créer un système de prise pour la The Applicant has therefore turned to the principle of optoelectrical bar shade and discovered that it was possible to create a system of grip for the
détection de faibles différences d'angles ou de trajets. detection of small differences in angles or paths.
On connaît à vrai dire par la demande de brevet allemand DE-OS 35 09 915 un accéléromètre appliquant également le principe préclté avec utilisation d'un pendule de masse dont la position est ajustée par le signal, proportionnel à la différence des signaux de sortie des diodes, d'un dispositif électrique spécial. Mais cela nécessite un second signal proportionnel à la somme des signaux de sortie des diodes, lequel sert à modifier le courant amené à la source émettrice de lumière en sorte que ce second signal soit maintenu à un niveau de référence prédéterminé. Il s'agit cependant ici aussi d'un dispositif encore très compliqué et coûteux qui exige un choix sélectif des éléments de construction à utiliser et présente dans la linéarité de la caractéristique de transmission une valeur dépassant l'erreur, de moins de German patent application DE-OS 35 09 915 discloses an accelerometer which also applies the precited principle using a mass pendulum whose position is adjusted by the signal, proportional to the difference of the output signals of the devices. diodes, of a special electrical device. But this requires a second signal proportional to the sum of the output signals of the diodes, which serves to modify the current supplied to the light-emitting source so that the second signal is maintained at a predetermined reference level. However, this is also a still very complicated and expensive device that requires a selective choice of the construction elements to be used and presents in the linearity of the transmission characteristic a value exceeding the error, of less than
2 %, maximale admissible.2%, maximum allowable.
L'invention a pour objet une prise du genre annoncé qui supprime les inconvénients précltés et élimine à bon The subject of the invention is a catch of the kind advertised which eliminates the aforementioned drawbacks and eliminates to good
compte, automatiquement, les variations de courants photo- account, automatically, the variations of photocurrents
électriques, ainsi que différences entre caractéristiques as well as differences in characteristics
de diodes. qui sont fonction de la température. of diodes. which are a function of the temperature.
Cette prise est caractérisée par le fait que les diodes photosensibles sont intégrées à une distance mutuelle d'environ 25 pm sur une puce et qu'à chacune d'elles est associée une résistance de travail à travers laquelle s'écoulent les courants de diode, la différence de courants formée entre un courant constant de référence Is et le premier courant de diodes I1 en un point de sommation commandant en même temps, à travers un amplificateur intégrateur et un transistor, une source lumineuse (diode électroluminescente), en sorte que Ii devienne égale à Is. Suivant une extension avantageuse de l'invention, entre la source lumineuse et les diodes est disposé un barreau ombreur dont la différence de clarté engendrée par sa déviation forme au moyen du second courant de diode I2 la différence de courants I2 - IA, laquelle engendre à travers la résistance RA du premier amplificateur une tension UA proportionnelle à la This plug is characterized by the fact that the light-sensitive diodes are integrated at a mutual distance of about 25 μm on one chip and that each of them is associated with a working resistor through which the diode currents flow, the difference in currents formed between a reference constant current Is and the first current of diodes I1 at a summation point controlling at the same time, through an integrating amplifier and a transistor, a light source (light emitting diode), so that In accordance with an advantageous extension of the invention, between the light source and the diodes is arranged a shading rod whose difference in brightness generated by its deviation forms by means of the second diode current I2 the difference of currents I2 - IA, which generates through the resistor RA of the first amplifier a voltage UA proportional to the
déviation dudit barreau ombreur.deviation of said shading bar.
L'invention sera mieux comprise à l'aide de la The invention will be better understood using the
description détaillée d'un mode de réalisation pris comme detailed description of an embodiment taken as
exemple non limitatif et illustré schématiquement par le dessin annexé, sur lequel: la figure 1 représente le branchement du système de prise opto-électrique pris pour exemple, lequel est utilisable notamment pour des appareils gyroscopiques; la figure 2 est un schéma synoptique du système de non-limiting example and illustrated schematically in the accompanying drawing, in which: Figure 1 shows the connection of the optocoupler taken as an example, which is used in particular for gyroscopic devices; FIG. 2 is a block diagram of the system of
prise selon la figure 1.taken according to Figure 1.
Le schéma selon la figure 1 permet d'exposer le fonctionnement de la prise selon l'invention. Les deux diodes photosensibles Dl, D2, qui sont intégrées à une distance mutuelle de 25 pm seulement sur une puce, sont soumises uniformément à l'action d'un courant lumineux commandable qui est engendré par une diode électroluminescente. Dans les deux diodes sont engendrés les courants de directions opposées Ii et I2 qui The diagram according to Figure 1 allows to expose the operation of the socket according to the invention. The two photosensitive diodes D1, D2, which are integrated at a mutual distance of only 25 μm on a chip, are uniformly subjected to the action of a controllable light current which is generated by a light-emitting diode. In the two diodes are generated currents of opposite directions Ii and I2 which
s'écoulent à travers les résistances de travail Ri et R2. flow through the work resistors Ri and R2.
Le courant Ih est fonction de la clarté H du courant lumineux émis par la diode électroluminescente. Au point de sommation Si, on compare I avec un courant constant Is. Une différence de courants résultante AIs = Is - I1 est amenée à l'amplificateur intégrateur V2 qui engendre la tension de commande Ust = l/C f AIsdt. A travers le transistor T, on réajuste alors la clarté H du courant The current Ih is a function of the brightness H of the light current emitted by the light-emitting diode. At the summation point Si, I is compared with a constant current Is. A resulting current difference AIs = Is - I1 is supplied to the integrator amplifier V2 which generates the control voltage Ust = 1 / C f AIsdt. Through transistor T, the brightness H of the current is readjusted.
lumineux en sorte que I1 égale Is.bright so that I1 equals Is.
Si au point de sommation Si le courant I1 est inférieur à Is, la tension de commande Ust croîtra en valeur négative sur l'amplificateur intégrateur V2 et la clarté H du courant lumineux augmentera jusqu'à l'égallte entre I1 et Is. Il s'établira donc toujours sur le point de sommation Si l'état d'équilibre - à savoir I1 = Is = Constante - indépendamment de la température, de la If at the summation point If the current I1 is less than Is, the control voltage Ust will increase in negative value on the integrating amplifier V2 and the brightness H of the light current will increase to equalize between I1 and Is. will always establish on the point of summation If the equilibrium state - ie I1 = Is = constant - regardless of the temperature, the
dispersion exemplaire ou d'autres disymétrie. - exemplary dispersion or other asymmetry. -
Du fait que les diodes Dl et D2 branchées en disposition différentielle sont intégrées sur une puce et présentent donc aussi des caractéristiques identiques, on aura l'égalité I2 = Il. Au point de sommation S2 on forme la différence AID = I2 - IK, laquelle est compensée à Since the diodes D1 and D2 connected in a differential arrangement are integrated on a chip and therefore also have identical characteristics, we will have the equality I2 = II. At the summation point S2 the difference AID = I2 - IK is formed, which is compensated at
zéro sous irradiation uniforme des diodes photosensibles. zero under uniform irradiation of the photosensitive diodes.
Du fait qu'il ne s'écoule aucun courant AID, la tension Since no current AID flows, the voltage
de sortie UA = AID.RA sera également nulle. output UA = AID.RA will also be zero.
S'll se trouve alors dans le courant lumineux, c'est-à-dire entre la source lumineuse LED et les diodes photosensibles, un barreau qui couvre symétriquement une partie des surfaces de Dl et D2, les courants I1 et I2 resteront constants en dépit de la diminution des - surfaces actives des diodes, car on se réajuste aussitôt à une clarté H plus élevée par l'amplificateur If there is then in the light current, that is to say between the LED light source and the light-sensitive diodes, a bar which symmetrically covers a part of the surfaces of D1 and D2, the currents I1 and I2 will remain constant in despite the decrease in - active surfaces of the diodes, because one readjusts immediately to a clarity H higher by the amplifier
intégrateur Vl.integrator Vl.
Si l'on dévie maintenant le barreau ombreur St, la surface active de Dl diminue et celle de D2 augmente, ou vice versa. Au point de sommation S2 apparaît la différence AID = Iz - IK, laquelle engendre à travers RA la tension de sortie UA. On maintient comme auparavant I1 If we now deviate the shading bar St, the active area of Dl decreases and that of D2 increases, or vice versa. At the summation point S2 appears the difference AID = Iz - IK, which generates the output voltage UA through RA. We keep as before I1
à valeur constante, en sorte que I = Is = Constante. constant value, so that I = Is = constant.
Ce dispositif de régulation permet d'éliminer dans une très large mesure les influences de température, dispersions exemplaires et tolérances de fabrication dans le système de prise. On peut démontrer comme suit, par le calcul, la This control device eliminates to a very large extent the temperature influences, exemplary dispersions and manufacturing tolerances in the setting system. The following can be demonstrated by calculation:
capacité de fonctionnement du système de prise décrit ci- operating capacity of the setting system described above.
dessus. On exposera tout d'abord à l'aide du schéma synoptique selon la figure 2 la dérivation de la tension statique de sortie UA en fonction de la déviation Ax du barreau ombreur St. On a: UA = H. (KD2. KS2. KT2 + KD. Ks. KTI). Ku (1) Par conversion du schéma selon la figure 2, la clarté H de la diode électroluminescente LED s'établit à IH s KR'KI'KLED (2) H= above. The derivation of the static output voltage UA as a function of the deflection Ax of the shading bar St. will be explained firstly by means of the block diagram according to FIG. + KD. Ks. KTI). Ku (1) By conversion of the diagram according to FIG. 2, the brightness H of the light-emitting diode LED is set to IH s KR'KI'KLED (2) H =
1+K.K K K K K1 + K.K K K K K
R1 + KR.KiKLED KD1lKS1 KT1 Si l'on pose KR.KI.KLED = KvoR et KD1.Ks.KTi = Kl et KD2.Ks2.KT2 = K2, on obtient l'équation globale suivante: R1 + KR.KiKLED KD1lKS1 KT1 If we set KR.KI.KLED = KvoR and KD1.Ks.KTi = K1 and KD2.Ks2.KT2 = K2, we obtain the following global equation:
IS. KU.KVOR.(K2 + K)IS. KU.KVOR. (K2 + K)
UA = divisé par KVOR (3)UA = divided by KVOR (3)
1 + KVOR.K11 + KVOR.K1
Is. Ku.(K2 + K1) (4)Is. Ku. (K2 + K1) (4)
UA - 1UA - 1
O + K1O + K1
KVOR Etant donné que KVOR represente une voie integrale, la valeur de fonction de KVoR tend vers l'infini, si bien qu'on obtient KVOR Since KVOR represents an integral path, the function value of KVoR tends to infinity, so we get
IS.KU. (K2 + K1)IS.KU. (K2 + K1)
U = (5)U = (5)
A K1A K1
ou sous une autre forme UA = IsKU (K2 + 1) (6) En lntroduisant à nouveau dans l'équation (6) KI = KD1.KS.KT1 et K2 = KD2.Ks2.KT2, on obtient: UA = IsKu KD2 KS2 KT2 (7) or in another form UA = IsKU (K2 + 1) (6) By introducing again in equation (6) KI = KD1.KS.KT1 and K2 = KD2.Ks2.KT2, we obtain: UA = IsKu KD2 KS2 KT2 (7)
A SU* <K DK K +1At SU * <K DK K +1
D1 S1- T1D1 S1- T1
KTX et KT2 sont les variations de température des KTX and KT2 are the temperature variations of
diodes Dl et D2, variations qui sont identiques - c'est-à- diodes D1 and D2, variations that are identical - that is,
dire que KTi = KT2 - et se compensent par conséquent. say that KTi = KT2 - and therefore compensate each other.
KD1 et KD2 sont les caractéristiques des diodes: elles sont également identiques entre elles et ne se distinguent que par leur signe algébrique en sorte que KD2 = -KDI, d'o l'expression suivante: UA = -Is.KU.(Ks2/Ksi - 1) (8) Ks2 = 1 +Ax Ksi = 1 -A x Ku = -RA KD1 and KD2 are the characteristics of the diodes: they are also identical to each other and are distinguished only by their algebraic sign so that KD2 = -KDI, hence the expression: UA = -Is.KU. (Ks2 / Ksi - 1) (8) Ks2 = 1 + Ax Ksi = 1 -A x Ku = -RA
26 1 690326 1 6903
Résultat: U = R 1 + AxResult: U = R 1 + Ax
A S A (1 - 1). K* (9)A S A (1 - 1). K * (9)
U = 2Ax UA K*S A (' (1 -x0) expressions dans lesquelles K* est une grandeur constante qui dépend seulement des grandeurs géométriques telles que distance, diamètre du barreau ombreur, etc. - et doit être déterminée une fois pour toute par les techniques de U = 2Ax UA K * SA ('(1 -x0) expressions in which K * is a constant quantity which depends only on geometrical quantities such as distance, diameter of the shading bar, etc. - and must be determined once and for all by the techniques of
mesure.measured.
La compensation de ce dispositif prend une forme très simple et, comme permet de le voir l'équation (10), est possible par Is et RA. On met tout d'abord en fonction le dispositif sans barreau ombreur. Il s'établit alors à la sortie de l'amplificateur V1 une faible The compensation of this device takes a very simple form and, as can be seen from equation (10), is possible by Is and RA. First, the device without shading bar is turned on. It is then established at the output of the amplifier V1 a weak
tension de repos que l'on compense facilement par RA. resting voltage that is easily compensated by RA.
Si l'on désire une pente déterminée de la tension If you want a certain slope of the tension
de sortie, on peut ajuster ladite pente par RA. output, one can adjust said slope by RA.
Les mesures proposées permettent de réaliser désormais à faible prix en éléments de construction et moyennant des travaux de compensation et ajustage simples une prise de positionnement de haute qualité, bon marché et satisfaisant aux exigences de l'ambiance. On s'affranchit ainsi des tolérances d'insertion très serrées jusque là nécessaires et également de coûteux réseaux correcteurs de température. On n'est plus astreint qu'à une simple compensation électrique à zéro dans l'état integré et le paramètre de départ de la grandeur physique (signal) peut être choisi libremern dans une zone étendue. En dépit du besoin élevé que l'on en éprouvait, le niveau antérieur de la technique n'a ni découvert nl suggéré cette solution simple. The proposed measures make it possible to realize from now on low price in building elements and by means of simple works of compensation and adjustment a positioning of high quality, cheap and satisfying the requirements of the environment. This eliminates the very tight insertion tolerances hitherto necessary and also expensive temperature correction networks. It is no longer constrained to a simple electrical compensation to zero in the integrated state and the starting parameter of the physical quantity (signal) can be chosen libremern in an extended area. Despite the high need that was experienced, the prior art level has not discovered this simple solution.
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| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 10, no. 26 (P-425)[2083], 31 janvier 1986; & JP-A-60 177 216 (SEIRITSU KOGYO K.K.) 11-09-1985 * |
| PATENT ABSTRACTS OF JAPAN, vol. 11, no. 72 (P-554)[2519], 5 mars 1987; & JP-A-61 234 304 (MATSUSHITA) 18-10-1986 * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| GB2207238A (en) | 1989-01-25 |
| DE3720294C1 (en) | 1988-09-08 |
| GB8814443D0 (en) | 1988-07-20 |
| GB2207238B (en) | 1991-09-11 |
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