La présente invention telle que définie dans les revendications est relative à un dispositif pour signaler la position d'un organe mobile.
L'invention trouve notamment application dans l'électrotechnique, et le présent mémoire sera illustré par un exemple qui, bien entendu n'est pas limitatif.
L'exemple est relatif à la signalisation de la position des contacts d'un appareil de coupure de courant électrique, tel qu'un disjoncteur. Il est indispensable à l'exploitant d'un poste électrique comportant des appareils tels que des disjoncteurs, de connaître avec certitude l'état, ouvert ou fermé, de la position des contacts de chacun des disjoncteurs; cette information, généralement disponible au niveau de chacun des disjoncteurs, est centralisée dans un poste de contrôle et de commande; il est impératif que toute défaillance du circuit de transmission d'information qui relie chacun des appareils audit poste soit immédiatement signalée, sans quoi le signal reçu au poste peut faire croire qu'un appareil est dans un état donné alors qu'il est dans l'état inverse; cette erreur peut entraîner des conséquences fâcheuses pour l'exploitant du réseau électrique.
Pour les mêmes raisons, il est indispensable que l'appareil qui fournit la signalisation signale lui-même, dans une large mesure, qu'il est en panne ou que son alimentation est défaillante. Cette auto-surveillance permet d'accroître considérablement la disponibilité de la partie auto-surveillée du dispositif.
Bien entendu, le problème n'est pas limité à la détection de la position des contacts d'un disjoncteurs; dans les postes électriques, cette signalisation, appelée aussi contact signal, concerne les pressostats, la pression d'huile des circuits de commande hydrauliques, les niveaux d'huile, etc..
Sur 100 défaillances majeures d'un poste électriques, 30 environ sont dues à un mauvais contact signal; on conçoit donc l'importance du problème.
Un but de l'invention est donc de réaliser un dispositif pour la signalisation de l'état d'un appareil par la détection de cet état et la transmission de l'information correspondante, qui soit d'un fonctionnement sans erreur possible sur l'état détecté, et qui signale immédiatement sa propre défaillance ainsi que celle de la ligne de transmission de l'information.
Un autre but de l'invention est de réaliser un dispositif insensible aux influences extérieures tels que les champs électriques ou les champs magnétiques ainsi qu'aux perturbations de mode commun rencontrées lorsqu'on utilise des liaisons galvaniques.
On sait que l'alimentation par élément optoélectronique, la transmission par fibre optique et le blindage du dispositif permettent de répondre à l'exigence précédente. On se heurte alors au problème de consommation du dispositif; un autre but de l'invention est donc de réaliser un dispositif ne nécessitant pour son fonctionnement pas davantage d'énergie que celle disponible au moyen d'une cellule photovoltaïque.
Dans le brevet américain n°4 626 621, il est décrit un circuit pour déterminer la position d'un objet, comprenant deux circuits LR attaqués par un signal carré issu d'un générateur d'impulsions. L'un des circuits LR comporte une inductance fixe, l'autre une inductance variable selon la position de l'objet. L'établissement des tensions dans les circuits se fait, à partir d'un instant t1, selon des lois exponentielles différentes dans les deux circuits, et on mesure les instants respectifs t2 et t3 correspondant à l'établissement sur les deux circuits d'une tension de valeur donnée Vo. Le rapport (t3 - t1)/(t2 - t1) fournit une valeur correspondant à la position recherchée.
Un tel circuit est complexe puisqu'il comprend deux circuits LR, deux amplificateurs opérationnels, deux compteurs, etc.., et il ne permet pas de détecter ses propres défaillances.
Un but de l'invention est de réaliser un circuit comportant le minimum de composants, et, comme il a déjà été indiqué, capable de signaler ses propres défaillances.
Le document EP-A- 0 272 750 enseigne des moyens pour convertir des impulsions electriques en impulsions optiques et des moyens tels qu'un fibre optique pour transmettre ces impulsions vers un centre de traitement.
L'invention a pour objet un dispositif pour la signalisation de l'état d'un appareil pouvant prendre au moins deux états discrets et pour la transmission de l'information correspondante,
ledit dispositif comprenant :
- des moyens pour élaborer, à l'intérieur d'une enceinte blindée, une tension continue exempte de perturbations, ladite enceinte blindée comportant à son intérieur:
- un premier moyen pour élaborer, à partir de ladite tension continue, des impulsions électriques de durée proportionnelle à la valeur d'une inductance, cette inductance pouvant prendre des valeurs distinctes selon les divers états de l'appareil,
- un second moyen pour convertir lesdites impulsions électriques en impulsions optiques et une fibre optique pour transmettre ces impulsions hors de ladite enceinte vers un centre de traitement, caractérisé en ce que les moyens pour élaborer une tension continue comprennent un élément photovoltaïque placé à l'intérieur de ladite enceinte blindée et éclairé à travers une fenêtre de celle-ci par une source lumineuse. En variante, les moyens pour élaborer une tension continue comprennent une cellule photo-voltaïque intégrée placée à l'intérieur de ladite enceinte blindée et associée à une fibre optique alimentée par une diode laser placée à l'extérieur de ladite enceinte blindée.
Dans un mode particulier de réalisation, ledit premier moyen comprend un circuit pour élaborer des impulsions rectangulaires de durée constante et séparées par des intervalles de temps égaux, un circuit intégrateur recevant lesdites impulsions, un premier circuit inverseur à seuil recevant les signaux de sortie de l'intégrateur et fournissant en sortie des impulsions calibrées, un circuit à constante de temps comprenant une résistance et ladite inductance, le signal de sortie dudit premier circuit inverseur à seuil étant envoyé à la fois à l'entrée dudit circuit à constante de temps et sur un second circuit inverseur, les signaux de sortie du circuit à constante de temps et du second circuit inverseur étant adressés à l'entrée d'un troisième circuit inverseur à seuil dont la sortie est reliée à un amplificateur alimentant ledit second moyen.
Avantageusement, ledit second moyen est une photo-diode.
Ledit centre de traitement comprend un circuit de démodulation et un circuit d'auto-surveillance.
Dans un mode particulier de réalisation, ledit circuit de démodulation comprend un convertisseur photo-voltaïque recevant le signal de ladite fibre optique, un trigger de Schmitt et un circuit de type MEMOIRE D.
Avantageusement, le circuit d'auto-surveillance comprend un circuit du type pompe à diode, alimentant un transistor de sortie.
Dans une variante de réalisation, le circuit d'auto-surveillance comprend un circuit de type OU exclusif inséré par une première entrée en amont dudit circuit MEMOIRE D et comprenant une seconde entrée reliée à un microcontrôleur pouvant fournir sur cette seconde entrée une impulsion de test de durée dt supérieure à la durée desdites impulsions rectangulaires, le microcontrôleur étant relié au circuit MEMOIRE D et étant programmé pour observer un changement de l'information de position pendant ladite durée lorsque le système est au repos.
L'invention sera bien comprise par la description donnée ci-après d'un exemple de réalisation donné à titre illustratif et nullement limitatif, en référence au dessin annexé dans lequel:
- la figure 1 est un schéma électrique par blocs du dispositif de l'invention,
- la figure 2 est un schéma d'un mode de réalisation du circuit d'élaboration des impulsions de durée proportionnelle à une la valeur d'une inductance,
- la figure 3 présentent divers diagrammes expliquant le fonctionnement du circuit de la figure 2,
- la figure 4 est un schéma du circuit de contrôle et d'auto-surveillance,
- la figure 5 présente plusieurs diagrammes expliquant le fonctionnement des circuits de la figure 4,
- la figure 6 représente une variante de réalisation du système d'auto-surveillance.
Dans la figure 1, la référence 1 désigne un élément photovoltaïque, alimenté par une source lumineuse 2, par exemple une lampe alimentée par une batterie 3. L'élément photovoltaïque est placée dans une enceinte blindée 4, la lumière traversant une fenêtre 4A; l'élément photovoltaïque fournit par une tension Vcc par exemple de 5 volts et capable de délivrer 20 mA en crête; un circuit électronique 5, placé à l'intérieur de l'enceinte blindée et alimenté par l'élément 4, élabore des signaux représentatifs de l'état de l'appareil; à cet effet, le circuit comprend une inductance 6 constituée d'un bobinage 6A et d'un noyau mobile 6B lié à l'élément mobile de l'appareil dont on souhaite connaître la position; l'inductance 6 prend deux valeurs différentes selon que le noyau 6B est à l'intérieur ou à l'extérieur du bobinage 6A, et prend des valeurs évoluant proportionnellement à la pénétration du noyau entre les deux valeurs précitées. Le signal électrique de sortie du circuit 5 est converti en signal lumineux par un composant optoélectronique 8 et acheminé par une fibre optique 9 jusqu'au poste 10 de traitement du signal. Là, un composant optoélectronique 11 assure la conversion du signal lumineux en signal électrique qui est reçu par un circuit électronique de traitement 12 alimentant par exemple une signalisation 13 et une alarme 14.
Grâce à l'emploi du blindage, à l'alimentation par un élément photovoltaïque et à la transmission par fibres optiques, les mesures effectuées sont à l'abri de toutes les perturbations possibles (en particulier l'absence de liaison galvanique permet d'éviter toute tension de mode commun sur le transducteur de position).
En variante, représentée en traits tiretés dans la figure 1, la tension continue est élaborée au moyen d'une cellule photovoltaïque intégrée 1A placée à l'intérieur de l'enceinte blindée (cette cellule est par exemple une cellule ASGA commercialisée par la société SPECTEC), reliée par une fibre optique 4B traversant la paroi de la cellule blindée et alimentée par une diode laser 3A.
Dans la figure 2, le circuit 5 comprend un trigger de Schmitt 20 recevant la tension Vcc, et comprenant un composant 21, une résistance ajustable 22 et un condensateur 23; ce trigger délivre en sortie A des impulsions rectangulaires dont les fronts de montée sont distants par exemple de 100 microsecondes et dont la durée est par exemple de 40 microsecondes. (voir figure 3 A).
En sortie du trigger est placé un circuit intégrateur 30 qui comprend un condensateur 31, une résistance 32 et une diode 33 permettant d'atténuer fortement les pics dus aux fronts descendants des impulsions (figure 3B).
L'intégrateur est suivi par un élément inverseur 40 à seuil s1 qui fournit en sortie C, des impulsions de longueur calibrées, par exemple 10 microsecondes (figure 3C).
En C, le signal est envoyé sur un circuit à constante de temps comprenant l'inductance variable 6, de valeur notée L, et une résistance de valeur R3 ajustable. La courbe 3D montre, sur sa partie gauche, l'allure du signal de sortie du circuit LR3, au point D, lorsque l'inductance à une forte valeur (noyau 6B à l'intérieur du bobinage 6A); la courbe 3D montre, sur sa partie droite, l'allure du signal en D lorsque l'inductance à une faible valeur (noyau à l'extérieur du bobinage). La différence d'allure des courbes s'explique par la loi d'établissement du courant i dans un circuit à constante de temps LR, qui est : i = Imax (1-exp-t/t*)
avec t* voisin de L/R3 et Imax voisin de Vcc/R3, la résistance du bobinage étant négligeable.
Le signal de sortie de l'élément inverseur est inversé par un circuit inverseur 50 et le signal de sortie en F (diagramme 3F) est adressé, en même temps que le signal en D, à un circuit inverseur à seuil 60, dont le seuil s2 est représenté dans la figure 3D.
En sortie du circuit 60, on obtient des impulsions de courte durée (3 microsecondes par exemple) lorsque l'inductance L est faible (noyau sorti) et de plus longue durée (supérieure à 5 et inférieure à 10 microsecondes par exemple) lorsque la valeur L est élevée (noyau rentré) ; ces impulsions sont représentées respectivement à la gauche et à la droite du diagramme 3G. La relation A permet de montrer que si le seuil du trigger est bien constant, la largeur des impulsions est directement proportionnelle à L/R3, donc à L, puisque R3 est sensiblement constante.
Les impulsions en sortie du circuit 60 sont adressées à un transistor 61 alimentant, à travers une résistance 62, une diodeémissive 63, par exemple du type TI510 de la société Hewlett Packard, reliée à une fibre optique 64 qui traverse le blindage 4 et achemine les informations, sous forme d'impulsions lumineuses, à un centre de traitement.
Le condensateur Cc, en parallèle sur la résistance R3, sert à compenser la capacité interne du bobinage.
Dans la plupart des applications, on utilisera le dispositif de l'invention pour réaliser des contacts "signaux", de telle sorte qu'on n'aura besoin que de deux valeurs d'inductances pour déterminer deux largeurs d'impulsion. On utilisera alors pour l'inductance un bobinage avec un noyau ferromagnétique, par exemple du mumétal sous forme d'une languette; les deux valeurs d'induction seront déterminées par le fait que le noyau ferromagnétique sera dans le bobinage ou complètement en dehors du bobinage. Il est bien entendu que cette application n'est pas limitative et qu'on pourrait envisager d'utiliser plus de deux valeurs d'inductance, avec des positions intermédiaires du noyau ferromagnétique et déterminer ainsi plus de deux durées d'impulsion.
La figure 4 est un schéma du circuit de contrôle de la position du contact signal et du circuit d'autosurveillance du fonctionnement.
Les signaux optiques émis par le convertisseur 63 de la figure 3 sont acheminés par une fibre optique 64 et transformés en signaux électriques à l'aide d'un convertisseur opto-électronique 65, par exemple un circuit R2501 de la société Hewlett Packard.
Les signaux de sortie du convertisseur (point H de la figure 4), sont représentés dans le diagramme 5H de la figure 5, dans lequel on a présenté deux impulsions de faible largeur à gauche du diagramme et deux impulsions de grande largeur à la droite du diagramme.
Les impulsions sont inversées par un circuit inverseur 66; le signal de sortie du circuit 66 (point J de la figure 4), est représenté dans le diagramme 5J de la figure 5.
Le signal en J est adressé à un trigger de Schmitt (par exemple un circuit 4093 de la société Radio Corporation of America, symbolisé dans la figure 5 par une résistance r et un condensateur c; le signal de sortie du trigger de Schmitt, au point K de la figure 4, est représenté dans le diagramme 5K de la figure 5.
Le signal en K est adressé à un circuit inverseur à seuils 67, qui peut prendre en sortie une valeur Vcc ou une valeur 0; le signal bascule de Vcc à 0 lorsque le signal d'entrée dépasse un premier seuil s3 et bascule de 0 à Vcc lorsque le signal traverse un second seuil s4 (s3 > s4). Le signal de sortie (en M) du circuit 67 est représenté dans le diagramme 5M de la figure 5.
Le signal en M est adressé à l'entrée 'DATA" d'un circuit 68 dit "MEMOIRE D" (par exemple un circuit 4013 de la société Control Data), dont l'entrée "CLOCK" est reliée au point M. Ce circuit fournit sur sa sortie Q, à chaque transition 0-1 du signal en M, un signal correspondant à l'état de l'entrée "DATA". Le signal correspondant, dans l'exemple choisi, est représenté dans le diagramme 5Q de la figure 5. On utilisera de préférence, pour fournir l'information "POSITION" du contact, le signal complémentaire Q*, représenté dans le diagramme 5Q* de la figure 5.
Le circuit de démodulation qui vient d'être décrit est associé à un circuit d'auto-surveillance du dispositif de signalisation de l'invention. Ce circuit d'auto-surveillance est constitué d'une "pompe à diode" comprenant, de manière classique:
- un transistor T à effet de champ,polarisé par une source continue Vcc à travers une résistance 70,
- une première diode 71 en série avec un condensateur entre le point J et la grille du transistor,
- un condensateur 73 et une résistance 74 en parallèle entre la base du transistor et la terre et,
- une seconde diode 75.
Le diagramme de la figure 5N montre le potentiel sur la grille du transistor, en N, qui reste toujours supérieur ou égal à Vcc tant que la chaîne opto-électronique fonctionne; le transistor reste alors bloqué.
Si pour une raison quelconque (disparition de la source lumineuse, coupure d'une des fibres optiques, défaillance d'un composant électronique de la chaîne, y compris du circuit de pompe à diode, etc..) le signal en J vient à disparaître, la tension sur la grille du transistor T disparaît par décharge du condensateur 73 dans la résistance 74 et un signal apparaît en X sur le drain du transistor T. On notera que seule la mémoire D échappe partiellement à cette auto-surveillance.
La figure 6 illustre une variante de réalisation du circuit d'autosurveillance.
Par rapport au circuit de la figure 4, il diffère par la disparition de la chaîne comprenant le transistor T.
Un circuit 90, de type OU exclusif,comprenant deux entrées E1 et E2 et une sortie S, est inséré par son entrée E1 entre le circuit inverseur à seuil 67 et le circuit MEMOIRE D 68.
Un microcontrôleur mP, relié à la sortie Q* du circuit 68 pour acquérir cette information, est capable d'envoyer sur l'entrée E2 une impulsion unité "1" de durée dt>to. Cette impulsion correspond à la mise en route de l'auto-surveillance et est désignée dans la suite par impulsion de test.
On observe tout d'abort le tableau de vérité ci-dessou du circuit 90.
Lorsque E2 = 0, le OU exclusif recopie en S l'entrée E1, donc ce circuit additionnel ne modifie pas l'information délivrée initialement en Q*.
Par contre, on remarque que dès que l'impulsion de test est lancée, E2 = 1. Le logiciel ayant vérifié que le système est à l'état de repos, aucun n'ordre n'ayant été lancé, il doit y avoir obligatoirement remplacement de Q* par Q*, quelle que soit la valeur initiale de Q*, si les impulsions en retour du transducteur existent bien. Il suffit pour cela que l'impulsion de test ait une largeur légèrement supérieure à t0, période d'émission des impulsions
Pour faire l'auto-test, le programme note d'abord la valeur Q*o de Q*, puis il met E2 à "1" pendant dt et vérifie que pendant cette fenêtre dt, Q* est devenu Q1 =
Par cette procédure, et par un choix convenable de dt, on vérifie toute la chaîne de mesure, y compris le circuit MEMOIRE D 68 et la porte 67 qui échappait à la surveillance dans le circuit de la figure 4.
On notera que toute défaillance du circuit OU exclusit 90 sera également détectée par l'auto-surveillance, car elle se traduirait par le non remplacement de Q* par
L'auto-surveillance peut être périodique, avec une périodicité propre, ou faire partie du cycle normal de saisie de l'information qui est opérée par échantillonnage avec une fréquence donnée.
Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits et représentés qui n'ont été donnés qu'à titre d'exemple, dans lequel on peut remplacer les moyens ou groupes de moyens décrits par des moyens ou groupes de moyens équivalents.