Brevet FR2008842A1 — publié le 19700130

20G8842 La présente invention se rapporte à 11 indication, numérique d* un angle et, plus particulièrement d'un angle de phase. Il est facile de produire une paire de tensions continues représentant le sinus et le cosinus de la position angulaire d'un ar-5 bre tournant ou de la différence de phase entre deux signaux contrôlés en fréquence, par exemple en utilisant un potentiomètre sinus-cosinus. Dans les "brevets britanniques N° 620.507 et 624.042 par exemple, on a décrit des montages permettant de transformer deux signaux électriques de la même fréquence en une paire de tensions con-10 tinues proportionnelles au sinus et au cosinus de l'angle de phase entre les deux signaux. Toutefois, il est souvent nécessaire que la lecture angulaire soit convertie sous la forme numérique soit en. vue de sa présentation visuelle soit en vue de son introduction dans une calculatrice. 15 Si l'on désire que l'information nécessaire soit une lecture uniformisée ou moyenne obtenue à partir de données variables, il est extrêmement avantageux de prévoir une conversion intermédiaire en une paire de signaux de courant continu qui peuvent être ensuite filtrés ou uniformisés. Ce problème se pose tout particulièrement 20 dans les systèmes de radionavigation à comparaison de phase, lorsque les signaux, sont faibles et qu'un bruit est présent ou si une réception d'onde ionosphérique se produit, la relation de phase entre les signaux peut varier. Une indication numérique directe de la. relation de phase puis l'établissement d'une moyenne dans une calcu-25 latrice exigent des systèmes complexes avec une possibilité d'erreurs qui se produisent lors de fortes variations de l'angle de phase. Diverses techniques ont été envisagées jusqu'à présent pour obtenir une lecture numérique à partir d'une paire sinus-cosinus de signaux de courant continu. Des appareils de ce genre sont décrits, 30 par exemple dans le Brevet Britannique K0 1„114.672. L'invention a, notamment, pour objet de créer une forme perfectionnée d'indication numérique d'angle permettant l'utilisation de - signaux de courant continu filtrés ou uniformisés en tant que stade intermédiaire de la conversion. 35 L'appareil d'indication numérique d'un angle suivant l'inven tion eo3!prsnd des ne je pC in-- convertir 1 ' information angulaire en composa" tes aintiaoSdaie 3$ sosimisoïdale de courant continu ; une source de signaux fournissant des premier et second signaux de référence en quadrature de phase de fréquence constante, deux circuits 40 modulateurs modulant- an amplitude les signaux sinusoïdal et cosinu- BAD ORIGINAL 69 11393 2 2008842 soldai, respectivement au moyen des premier et second signaux âe référence fournis par la source de signaux, un mélangeur pour combiner les signaux de sortie des deux circuits modulateurs, un compteur numérique auquel est associée une source d'impulsions de ryth-5 me d'une fréquence beaucoup plus élevée que la fréquence des signaux de référence, ce compteur étant agencé de manière à compter les impulsions fournies par ladite source d'impulsions de rythme, et des moyens conditionneurs contrôlant la période de comptage en fonction de la différence de phase temporelle entre le signal de sortie du 10 mélangeur et un signal de la source de référence. Les premier et second signaux de référence peuvent être des signaux de forme d'onde rectangulaire et les circuits modulateurs peuvent être des circuits conditionneurs commutés par les signaux de référence. Les circuits modulateurs peuvent être, par exemple et avantageusement, des com-15 mutateurs à semi-conducteurs. Dans 1*appareil décrit ci-dessus, les circuits modulateurs produisent deux signaux de sortie qui sont en quadrature de phase à la fréquence des signaux de référence. Comme il est bien connu, si des signaux en quadrature de phase sont combinés, comme cela se pro-20 duit dans ledit mélangeur, le signal résultant est à la même fréquence que les deux signaiix en quadrature. Le signal combiné a un angle de phase qui est donné par l'expression : B tg © s A où © est la différence de phase par rapport au premier des signaux 25 en quadrature tandis que A et B sont les amplitudes respectives des premier et second signaux en quadrature. Èn l'occurence A et B sont respectivement égaux à sin 0 et cos 0,0 étant l'angle à indiquer sous forme numérique, et, par conséquent on a ô = 0. Si les signaux de référence en quadrature sont des signaux si-30 nusoïdaux, qui modulent en amplitude les deux signaux de courant continu, le signal de sortie combiné du mélangeur est un signal sinusoïdal. Si les signaux de référence sont des signaux de forme d5 onde rectangulaire, par exemple si les circuits modulateurs sont des interrupteurs périodiques, on peut démontrer que, bien que le 35 signal de sortie du mélangeur soit non sinusoïdal; la composante de ce signal de sortie à la fréquence fondamentales c8 est-à-dire la composante à la fréquence des signaux de référence, a un angle de phase donné par l'expression ci- dessous : 8ad or/q/nal 69 11-393 3 2008842 E tg 8 = j Pour nette raison, il est commode de faire passer le signal de sortie du mélangeur à travers un circuit accordé sur la fréquence des signaux de référence pour obtenir un signal sinusoïdal dont on 5 tire une impulsion de commande pour les moyens conditionneurs précités. Pour un système de comparaison de phase haute fréquence, les moyens de conversion de l'information angulaire en composantes sinusoïdale et cosinusoïdale de courant continu peuvent avanxageuse-10 ment être des dis cri m in at eurs de phase du type décrit dans les brevets antérieurs précités en premier lieu. Ces signaux de courant continu peuvent être filtrés en utilisant des condensateurs, de manière à éliminer les perturbations temporaires dues au bruit"qui peuvent se produire dans un système de radionavigation. La source 15 de signaux de référence peut avoir n'importe quelle fréquence convenable qui. peut être choisie tout à fait indépendamment des hautes fréquences utilisées dans le système de navigation. Pour donner des exemples types, on pourrait utiliser des fréquences comprises entre 100 Hz et 100 kHz. La fréquence des impulsions de rythme peut, de 20 même, être choisie tout à fait indépendamment de la fréquence des signaux de référence, mais elle est généralement comprise entre 100 et 1000 fois cette dernière fréquence. La source de signaux qui fournit les deux signaux de référence en quadrature de phase comprend avantageusement un générateur de si-25 gnaux tel qu'un oscillateur ou autre source de fréquence, fournissant des signaux à une fréquence quadruple de la fréquence de référence désirée, un premier diviseur de fréquence binaire couplé avec ce générateur de signaux de manière à fournir deux signaux de sortie en opposition de phase à une fréquence double de la fréquence des 30 signaux de référence et deux autres diviseurs de fréquence binaires alimentés à partir des deux sorties du premier diviseur de fréquence de manière à fournir des signaux de sortie en quadrature de phase à la fréquence de référence. Si la fréquence de référence est F, ce générateur de signaux aura une fréquence 4F. Les signaux de cette 35 fréquence sont divisés par le premier diviseur de fréquence binaire qui peut être, par exemple, un basculeur, de manière à fournir deux signaux de sortie en opposition de phase à une fréquence 2F et ces deux signaux de sortie peuvent alors être séparément divisés pour leur donner une fréquence F de façon qu'on obtienne les signaux de 69 11393 4 2008842 sortie désirés en quadrature de phase. La commande du compteur est avantageusement assurée aù moyen de deux repères temporels, dont l'un est tiré du signal de sortie du mélangeur et dont l'autre est tiré de l'un des signaux de référai 5 ce. Pour former des impulsions de courte durée constituant les repères temporels, des signaux de sortie sinusoïdaux provenant du mélangeur et de la source de signaux de référence peuvent être appliqués à des circuits séparés générateurs de signaux rectangulaires de façon qu'on obtienne des impulsions de sortie qui sont différen-10 ciés pour former les repères temporels. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen du dessin joint dont la figure unique est un schéma symbolique simplifié représentant, à titre d'exemple de réalisation de l'invention, un circuit d'indication numérique 15 de signaux de sinus et de cosinus définissant un angle de courant continu. Comme précédemment exposé, il est facile de convertir une information angulaire en signaux sinusoïdal et cosinusoïdal. Sur le dessin, les signaux de sinus et de cosinus sont représentés sché-matiquement comme étant tirés d'une source de signaux sinus-cosinus 20 10 fournissant des signaux de sortie de courant continu de grandeurs B sin 0 et E cos 0. Pour lin indicateur numérique d'angle mécanique, cette source pourrait être un potentiomètre sinus-cosinus excité à partir d'une source d'alimentation en courant continu. Dans un système de radionavigation à comparaison de phase, les signaux de sinus 25 et de cosinus peuvent être obtenus à partir de circuits discrimina-teurs de phase. Les signaux de sortie de sinus et de cosinus sont appliqués, respectivement, à deux commutateurs à semi-conducteur 11 et 12 auxquels sont également appliqués des signaux modulateurs de fré-quance F en quadrature de phase. Ces signaux modulateurs sont tirés 30 &e basculeurs 13 et 14 commandés par des signaux de fréquence 2F en opposition de phase fournis par un basculeur 15 alimenté par une source 16 de fréquence 4F. Les deux signaux modulés fournis par les commutateurs 11 et 12 sont appliqués à un mélangeur 17 qui alimente un circuit accordé é-35 quilibré 18. Le signal de sortie de ce circuit accordé est appliqué à un circuit générateur de signaux rectangulaires 19 comprenant un amplificateur différentiel et un conformâteur donnant aux signaux une forme rectangulaire. Pour indiquer sous forme numérique la différence temporelle re-40 présentée par la différence de phase entre les signaux de sortie du 69 11393 5 2008842 générateur de signaux rectangulaires 19 et le sigaal de référence, il est prévu deux amplificateurs différentiateurs 20, 21 produisant des repères temporels à partir de signaux de forme d'onde rectangulaire provenant des sorties du générateur de signaux rectangu-5 laires 19 et du basculeur 14, respectivement. L'amplificateur différentiateur 21 fournit un signal puisé qui est transmis, par l'intermédiaire d'un commutateur 22, à circuit conditionneur 23 contrôlant l'alimentation en impulsions de rythme fournies par une source 24* d'un compteur numérique 25. Le signal puisé de l'amplificateur 10 différentiateur 21 ouvre le conditionneur 23 pour déclencher le comptage. Le comptage est interrompu par le repère temporel constitué par im signal puisé provenant de l'amplificateur différentiateur 20 précité. Le compte d1impulsions de rythme déterminé pendant cette période de temps est transmis à un circuit de lecture 26 qui 15 peut être un indicateur numérique ou peut faire partie d'autres appareils transmettant, par exemple, l'information à une calculatrice. Le commutateur 22 est ouvert par un sigaal d'interrogation appliqué à me borne d'entrée 27» lorsqu'on désire obtenir une lecture de l'information angulaire. Le signal d'interrogation est appliqué, 20 non seulement au commutateur 22 qui fournit l'impulsion de déclenchement au conditionneur 23, mais encore, par l'intermédiaire d'un conducteur 28, au compteur 25» pour ramener ce compteur à un compte de référence, généralement zéro, avant un nouveau déclenchement du comptage. On voit que le compteur 25 mesure l'intervalle de temps 25 qui s'écoule entre l'impulsion de temporisation fournie par le circuit différentiateur 21 et l'impulsion de temporisation immédiatement suivante fournie par le circuit différentiateur 20 en comptant les impulsions de rythme. La fréquence de rythme doit en conséquence être beaucoup plus élevée que la fréquence de référence, par exemple 30 100 ou 1000 fois plus grande que celle-ci. La forme de l'indicateur numérique d'angle décrit ci-dessus, comme précédemment indiqué, trouve une application particulière dans la mesure de la relation de phase entre des signaux haute-fréquence, en particulier lorsqu'au moins l'un de ces signaux est perturbé par 35 du bruit ou une interférence produisant des fluctuations de phase importantes ; ce problème est particulièrement ardu dans les systèmes de radxonavigation utilisant des signaux à partage du temps où le temps de travail est court., -c'est-à-dire que les signaux sont disponibles pour la comparaison, seulement pendant une petite frac-40 tion de la période de tesaps totale. T ' 69 11393 2008842 EEVBIIICATIOIJS 1) Appareil d'indication numérique d'un angle comprenant des moyens pour convertir l'information, angulaire en composantes sinusoïdale et cosinusoïdale de courant continu, line source de signaux 5 fournissant des premier et second signaux de référence en quadrature de phase de fréquence constante, deux circuits modulateurs modulant en amplitude les signaux sinusoïdal et eosinusoïdal, respectivement, au moyen des premier et second sigiaux de référence fournis par la source de signaux, un mélangeur pour combiner les signaux de 10 sortie des deux circuits modulateurs, un compteur numérique auquel est associée une source d'impulsions de rythme d'une fréquence beaucoup plus élevée que la fréquence des signaux de référence, ce compteur étant agencé de manière à compter les impulsions fournies par ladite source d'impulsions de rythme, et des moyens, conditionneurs 15 contrôlant la période de comptage en fonction de la différence de phase temporelle entre le signal de sortie du mélangeur et un signal de la source de référence. 2) Appareil suivant la revendication 1, dans lequel les premier et second signaux de référence sont des signaux de forme d'on- 20 de rectangulaire et dans lequel les circuits modulateurs sont des circuits conditionneurs. 3j Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel est prévu un circuit accordé sur la fréquence des signaux de référence, et dans lequel le sigaal de sortie du mé-25 langeur est appliqué audit circuit accordé pour former des signaux sinusoïdaux dont on tire •une impulsion de commande pour les moyens conditionneurs. 4) Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel les circuits générateurs de signaux rectangu- 30 laires et différentiateurs sont prévus pour produire des impulsions de commande desdits moyens conditionneurs à partir de signaux de sortie sinusoïdaux du mélangeur et de la source de sigiaux de référence. 5) Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 à 3s 35 comportant des moyens pour tirer un premier repère temporel du signal de sortie du mélangeur, des moyens pour tirer un second repère temporel de lJun des premier et second signaux de référence, des moyens pour appliquer un premier desdits repères temporels aux moyens conditionneurs pour déclencher le comptage d*impulsions de ryth- 40 me dans ledit compteur et des moyens pour appliquer l'autre des&its BAD ORIGINAL 69 11393 ? 2008842 repères temporels aux moyens conditionneurs pour interrompre ce comptage. 6) Appareil suivant la revendication 5, dans lequel les moyens d'application du premier repère temporel aux moyens condition- 5 neurs comprennent un commutateur et dans lequel des moyens sont prévus pour ouvrir ce commutateur et appliquer simultanément un signal de rétablissement au compteur pour ramener le compte à une valeur de référence. 7) Appareil suivant l'une quelconque des revendications précé-10 dentes, dans lequel la source de signaux fournissant les premier et second signaux de référence en quadrature de phase comprend un géné rateur de signaux fournissant des signaux à une fréquence quadruple de la fréquence des signaux de référence, un premier diviseur-de fréquence binaire couplé avec le générateur de signaux pour fournir 15 deux signaux de sottie en opposition de phase à une fréquence double de la fréquence des signaux de référence et deux autres diviseurs de fréquence biaaires alimentés à partir des deux sorties du premier diviseur de fréquence pour fournir des signaux en quadrature de phase à la fréquence de référence. 20 8) Appareil suivant l'une quelconque des revendications pré cédentes, dans lequel la source d'impulsions de rythme a une fréquence comprise entre 100 et 1000 fois la fréquence des signaux de référenceo