Brevet FR2081247A1 — publié le 19711203

La présente invention concerne un convertisseur de tension analogique-numérique, notamment pour convertir sous forme numérique la valeur d'un angle e existant entre le stator et le rotor d'un synchro-transmetteur ou d'un résolver. Le convertisseur selon l'invention permet d'élaborer un signal électrique alternatif de mesure dont la phase, par rapport à un signal de référence, est représentative de l'angle e et de déclencher un comptage d'impulsions entre deux passages par zéro,consécutifs des signaux de mesure et de référence, le nombre des impulsions comptées étant représentatif de l'angle e. Dans un perfectionnement de l'invention, le convertisseur comporte un circuit de lever de doute afin de déterminer la valeur exacte de l'angle e, qui ne serait connu qutà 1800 près. Pour mieux faire comprendre comment la présente invention peut être réalisée, on va décrire, à titre d'exemples non limitatifs, des modes de réalisation de l'invention, grâce aux dessins annexés sur lesquels - les figures 1 et 2 représenteht ensemble un schéma général du convertisseur selon l'invention - la figure 3 représente le dispositif de lever de doute - la figure 4 représente des formes de signaux en différents points du schéma - les figures 5a et 5b représentent respectivement un schéma logique pour l'obtention des signaux de commande pour la remodulation et les signaux en divers points de ce schéma. Le convertisseur est destiné à fournir sous forme numérique la valeur d'un angle # existant entre le stator et le rotor d'un synchro-transmetteur. Le rotor est alimenté par une tension de référence E r de la forme Er = E.sin #t où # est la pulsation de cette tension.Le stator fournit sur trois sorties x, y, z, trois signaux électriques dont les amplitudes sont Exy = E sin ( #t + t) sin e Eyz = E sin (z + (e) sin (6 + l) Exzyz = E sin (# t + # ) sin (# + où # représente la différence de phase entre la tension appliquée au rotor et les tensions de sortie a Grâce à un transformateur Scott 1, on opère de facon connue la transformation du circuit triphasé en un circuit biphasé pour obtenir respectivement sur les lignes 2 et 3 les deux tensions suivantes E1 = E sin (wt +t) cos e E2 = E sin (St +#) sin e Dans le cas d'un détecteur angulaire dénommé "résolver" on obtient directement les deux tensions E1 et 32. Les tensions E1 et E2 sont démodulées par échantillonnage grâce à deux portes 4 et 5 qui s'ouvrent pendant un temps très court (par exemple 1.0 sec) quand la fonction sin (wt +#) est à son maximum, c'est-à-dire pour sin (t +t) = 1 ou pour Ut + #= #/2 L'échantillon ainsi prélevé par la porte 4 est alors égal en amplitude à E cos e ; cet échantillon est mis en mémoire dans un condensateur 6 qui conserve sa charge pendant un temps très long.La tension existant aux bornes de ce conden- sateur est appliquée à un amplificateur opérationnel 7 de gain unité à grande impédanee d'entrée Cet amplificateur délivre à sa sortie une tension identique à celle qui lui est appliquée à son entrée, mais sous une faible impédance L'amplitude de la tension continue de sortie de l'amplificateur 7 est donc proportionnelle à la valeur de cos iO De même, l'échantillon prélevé par la porte 5 est mis en mémoire dans un condensateur 8 ; la tension aux bornes du condensateur 8 est appliquée à un deuxième amplificateur opérationnel 9 qui délivre une tension continue dont l'amplitude est proportionnelle à sin i. La commande de l'échantillonnage se fait à l'aide de la tension de référence Er qui alimente le rotor du synchrotransmetteur. La tension de référence Er est appliquée entre les bornes d'entrée 10, 11 d'un transformateur 12O La tension recueillie aux bornes de sortie de ce transformateur est intégrée grâce à l'amplificateur 13 de sorte que l'on obtient à la sortie de cet amplificateur un signal de forme E. cos ' > t représenté sur la figure 4.Ce signal alternatif est mis sous forme rectangulaire par une bascule 15 (signal 17 sur la figure 4)0 Le signal rectangulaire 17 déclenche par ses fronts montants un monostable 16 qui délivre des impulsions 19 dont la durée est courte (10 sec) et qui commandent l'ouverture des portes d'échantillonnage 4 et 5. On remaraue que l'échantillonnage ne se fait pas exactement pour #t + # # #/2 du fait du déphasage # entre la tension de référence et les tensions de sorte du synchro-transmetteur. En pratique, l'angle # vaut environ 10 seulement de sorte aue la valeur de sinus n'en est aue peu affectée. De plus, comme les prélèvements de cos e et de sin e se font au meme instant, le rapport entre les tensions demeure rigoureusement exact. Une fois que l'on a obtenu les deux tensions continues représentatives de cos e et de sin i, on es modules à nouveau avec un signal de fréquence beaucoup plus élevée que la fréquence du signal de référence, la pulsation du signal de remodulation étant désignée par IL. Les raisons de. la remodulation sont les suivantes - élimination des variations de fréquence du réseau 400 hertz qui peuvent atteindre + 10% de la valeur nominale. - élimination de la phase qui peut exister entre différents circuits de synchros puisque l'alimentation générale est triphasée. - impédance du convertisseur de la fréauence d'alimentation. La sortie de l'amplificateur 7 est reliée à deux portes logiques 18 et 19 qui sont commandées respectivement par des signaux rectangulaires en opposition de phase. Ces deux signaux rectangulaires ont una phase telle aue leur décomposition en série de FOURRIER fournit un premier terme en sin #t oour le signal de commande de la torte 18 et un Dremier terme en At Dour le signal de commande de la. porte 19 Sur la sorte de la porte 1R, on obtient alors (touiours comme premier terme de la décomposition en série de FOURRTET) un signal de la forme sin #t.cos e et sur la sortie de la torte 19 un signal de la forme - sinJLt.cos e. La sortie de l'amplificateur 9 est reliée de la même facon à deux autres portes logiques 20 et 21 qui sont comlran- dées respectivement nar deux signaux rectangulaires en opposi- tion de phase en cosAt et - cosLt. Il en résulte à la sortie de la porte 20 un signal de la forme cos#t. sin # et à la sortie de la sorte 21 un signal de la forme - cosht, sin e. tes quatre signaux ainsi obtenus sont traités dans un ensemble forme de deux amplificateurs opérationnels 22, 23 montés suivant le brevet n 1 537 895 et suivis d'un amplificateur différentiel 24. La somme des signaux sinus t cos # et cos J;t sin e est appliquée à l'entrée 25 de l'amplificateur 22, tandis que la somme des signaux - sin #t cos # et - cos#t sin # est appliquée à l'entrée 26 de l'autre amplificateur 23. t'ensemble des amplificateurs 22 et 23 fonctionne comme un amplificateur opérationnel à deux entrées et deux sorties. ta sortie 27 de l'amplificateur 22 est reliée à une entrée 28 de l'amplificateur différentiel 24, tandis que la sortie 29 est reliée à l'autre entrée 30 de l'amplificateur différentiel 24. Sur la sortie 31 de l'amplificateur 24 on obtient finalement une tension rectangulaire de la forme sin (At + i) donc un signal indépendant de la fréquence du signal de référen- ce et du déphasage du synchro-transmetteure Ce signal est dit "signal de mesure". On prélève également en 32 le signal en sin #t pour l'appliquer à un amplificateur opérationnel 33 de grande impédance d'entrée et de gain unité. On obtient donc sur la sortie 34 le même signal en sin #t. sous faible impédance. Ce signal est dit "signal de nouvelle référence" Les signaux de commande des portes 18 à 21 pour la remodulation sont élaborés à partir d'un oscillateur local 35 piloté par un quartz 36 aet oscillateur délivre d'une part des signaux d'horloge sur sa sortie 77 et des signaux pour la remodulation sur sa sortie 38. ta fréquence des impulsions délivrées sur la sortie 38 est divisée dans un diviseur 39 dont la sortie attaque un bistable 40. te bistable 40 commande un ensemble logique 41 possédant quatre sorties 42,43,44 et 45 correspondant aux quatre portes. 18 à 21 à commander. Le signal d'horloge commande un bistable 40. La somme disjonctive de la sortie Q1 et de H (Q1 + H) fournit le signal a. De même la somme disjonctive de la sortie Q1 et de H (Q1 + H) fournit le signal bo Il en ressort que les différents signaux fournissent Q1 sin#t (commande de la porte 18) Q1 - sin1Lt (commande de la porte 19) a cons#t (commande de la porte 20) b - cos#t (commande de la. torte 21) signaux qui sont nécessaires pour commander les Dortes 18 à 21. tes signaux de mesure et de nouvelle référence sont filtrés dans des filtres 46, 47 de fanon à obtenir deux signaux sinusoldaux correspondant chaque fois au premier terme de leur décomposition en série de FOURRIER, tes deux signaux ai.nsi fil trés sont appliqués à des triggers opérationnels9 48, 49 qui transforment les signaux sinusoïdaux en signaux carrés, utilisables dans les dispositifs logiques qui suivent, Deux transistors 50, 51 servent à adapter la tension sous lai. uelle les signaux carrés sont délivrés à la logique. La sortie collecteur du transistor 51 est reliée à l'entrée d'un bistable 52. Sur la sortie Q1 de ce bistable apparait un signaI de fréquence moitié de celle de sin #t. Le signal de sortie Q1 est appliqué à l'entrée D d'un autre bistable 59 dont l'entrée T est reliée à la sortie collecteur du transistor 50.Sur la sortie 42 du bistable on obtient donc un niveau logique 1 pendant l'intervalle de temps qui sépare un front montant de sin#t et un front montant de sin (#t + #). Cet intervalle de temps est donc caractéristique de la grandeur de #. Les signaux Q2, Q1 et d'horloge sont appliqués à une porte ET 54, iui laisse passer les impulsions d'horloge pendant cet intervalle de temps te nombre de ces impulsions est donc carac téristique de la valeur de #. tes impulsions d'horloge sont comptabilisées dans un compteur formé de trois blocs 55,56,57, lebloc 55 fournissant la valeur des unités, le bloc 56 celui des dizaines et le bloc 57 dcelui des centaines de degrés. Chacun de ces blocs comporte quatre sorties (référen cees de A à M) nour fournir le nombre décimal. correspondant sous forme binaire0 A chaque bloc-compteur est associé un bloc-mémoire 58 à 60 nui garde en mémoire 7e chiffre décimal codé binaire du bloc-compteur correspondant. Un bloc logique 61 délivre un signal d'enregistrement sur les mémoires par la voie 62 quand le comptage est effectué. Quand l'enregistrement est effectué, ce bloc logique délivre un ordre de remise à zéro sur le compteur par la voie 63 On a vu plus haut que la démodulation nécessitait l'utilisation dtun transformateur d'entrée du type "Scott" et de la tension de référence E sin #t. Sur la figure 3 on-a -représenté un dispositif permettant d'éliminer cette nécessité.Sur cette figure, on a remplacé le transformateur SCOUT 1 par deux amplificateurs opérationnels 64, 65 qui permettent de faire la différence des tensions Exz - E@z pour obtenir à la sortie de l'amplificateur 64 une tension et a somme de ces mêmes tensions pour obtenir à la sortie de l'amplificateur 65 une tension = E sin (#t +#) sin # = E2 Selon l'invention, on peut alors reconstituer la tension de référence E sin #t de la façon suivante On porte d'abord les signaux E1 et E2 au carré dans des circuits 66 et 67, puis on somme les carrés dans l'amplificateur 68 ; on obtient alors E12 + E22 = E2 sin2 (#t +#) cos2 # + sin2 (#t +#) sin2 # = E2 sin2 (#t +#) (cos2 # + sin2 #) @ E2 (1 - cos 2#t) 2 On élimine la tension continue grâce au condensateur 69 et on obtient E2 E12 + E22 = #cos2 #t 2 Grâce à un trigger 70 et à un transistor 71 on trans forme ce signal sinusoïdal en un signal et ce à un niveau adap té au traitement logique.Le signal carré en cos 2 #t est appli qué à un bistable 72 qui divise la fréquence par 2 de sorte que l'on recueille sur sa sortie Q3 le signal cos #t qui peut servir pour commander le monostable 18 dont les impulsions agissent sur les portes 4, 5. L'état de départ du bistable 72 est inconnu à priori, de sorte que l'échantillonnage peut se faire à 3#/2 au lieu de #/2. Une erreur de 1800 est donc possible. La présente invention fournit également un dispositif de levée de doute qui élimine cet inconvénient, à savoir que le mono stable peut être déclenché pour le prélèvement à #/2 ou à 3#/2. Pour lever le doute on prélève la phase des tensions sin #t sin e et sinzRt cos e et on la compare au sin #t obtenu à partir du cos u)t fourni par le bistable 72 en réalisant la somme disjonctive du cost et du cos 2 #t. Si les deux sinus sont en phase l'information binaire est juste. Si les deux sinus sont en opposition de phase l'in formation binaire est fausse. Dans ce cas le moment le plus significatif de l'information est inversé. Pour obtenir ce résultat les trois moments les plus significatifs du compteur sont décodés pour déterminer les sec teurs de prélèvement de sin #t sin e et sin vAt cos e où les tensions sont comprise entre 0,707 et 1 de la tension nominale:: Plage Affi- Position Combinaison chage décodeur M L K + sin#t cos# 0/45 0 0 0 0 Commande sin#t cos # 0+3+4+7 + sin#t sin# 45/90 0 0 1 1 + sin#t sine 90/135 0 1 0 2 Commande sinSt sin e 0+3+4+7 - sin#t cos# 135/180 0 1 1 3 - sin#t cose 180/225 1 0 0 4 Commande signe + 0+1+2+7 sinfit sine 225/270 1 0 1 5 - sinJt sine 270/315 1 1 0 6 Commande signe - 0+1+2+7 + sin#t cose 315/360 1 1 i 7 Les commandes ferment le circuit sur sin#t cos e ou sur sin#t sin 0. La tension reçue est transformée en signal logique T T L par un trigger opérationnel. Le signal sin #t obtenu à partir du bistable par la source disjonctive de cos Wt et de cos 2 #t est inversé par la commande de signe puis est comparé au signal sin St issu du trigger, (déjà décrit au sujet du modulateur). Cette comparaison est obtenue par une somme disjonctive. Si les sinus s9nt en phase à la sortie on obtiendra un niveau logique 0. Dans le cas contraire ce niveau logique sera 1. Par une dernière somme disjonctive entre la sortie M du bistabl.e et du niveau logique précédent, on obtiendra la vraie valeur de M transmise au registre. Il y aura inversion de M lorsque le niveau logique du comparateur sera 1. - REVENDICATIONS 1 e Convertisseur de tension analogique numérique pour convertir sous forme numérique la valeur d'un angle i, fourni par deux signaux électriques sinusoidaux modulés en amplitude respectivement suivant le sinus et le cosinus de l'angle i, caractérisé en ce qu' il comprend des moyens pour produire un signal alternatif dé mesure et un signal alternatif de référence, l'écart de phase entre ces deux signaux étant représentatif de la valeur de l'angle e, et des moyens pour effectuer un comptage d'impulsions entre le passage du signal de mesure par zéro et le passage consécutif du signal de référence par zéro, de sorte que le nombre des impulsions comptées représente la valeur de l'angle Qe 2e Convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit pour produire un signal de mesure et un signal de référence comprennent un démodulateur des deux signaux modulés en amplitude suivant le sinus et le cosinus de l'angle e pour extraire les valeurs absolues de sin (3 et cos e, un remodulateur pour moduler en amplitude un signal alternatif suivant ces deux valeurs absolues pour obtenir deux signaux remoulés logique et un ensemble/pour combiner les deux signaux remodulés afin d'obtenir le signal de mesure et le signal de référence. 30 Convertisseur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de lever de doute comprenant des moyens pour reconstituer une valeur de angle e à partir de la valeur numérique et pour la comparer avec la valeur réelle, et des moyens pour agir sur la remodulation au cas où la valeur numérique serait décalée de 180 .