Brevet FR2063141A1 — publié le 19710709

!La présente invention concerne un appareil convertisseur de signaux, et plus particulièrement un appareil pour convertir un signal électrique ayant line, variation non linéaire en un signal digital variant linéairement° 5 La mesure rapide et précise et 1®affichage de quan tités ou de variables telles que la température, la pression, la densité et autres sont d'une grande, importance peur les transports, l'industrie et d'autres domaines» Ces mesures sont effectuées en utilisant un élément détecteur d'un type convenable produisant 10 un signal électrique, par exemple une tension ou un courant, d'une amplitude variant en fonction de la quantité particulière mesuréeo Par exemple, des thermocouples, qui sont des transducteurs thermoélectriques, sont couramment utilisés pour mesurer une température et produire un signal sortant sous la forme d'une 15 tension proportionnelle â la température.. Cette tension est ensuite traitée d'une façon convenable pour l'affichage d'une indication directe de la variable mesurée, c'est-à-dire de degrés de température dans ce cas» Cependant, de nombreux détecteurs sont du type non linéaire du fait que les paramètres du détecteur varient 20 d'une façon non linéaire par rapport à la quantité mesurée dans la plage de mesure considéréeo Par exemple, si la tension produite par un thermocouple est relevée en fonction de la température, la courbe obtenue n'est pas une ligne droite dans la plage utile des températureso II en résulte bien entendu des nombreuses 25 difficultés pour l'affichage précis et pour l'indication de la quantité mesuréeo Des échelles non linéaires, des circuits compensateurs et d'autres combinaisons ont été utilisés pour essayer d'éviter les difficultés résultant de la relation non linéaire entre la température et la tension dans le cas d'un 30 thermocoupleo Ce problème de mesure et d'affichage devient encore plus complexe quand la quantité mesurée doit être affichée sous une forme digitale0 En effet, le paramètre du détecteur varie avec la quantité mesurée et doit être traité pour convertir le 35 signal sortant du détecteur, qui est habituellement un signal analogique tel qu'une tension, à une forme digitale utilisée ensuite pour faire fonctionner un dispositif d'affichage digital» En raison de la relation non linéaire entre le signal sortant BAD ORIGNAL 70 30786 2 2063141 du détecteur et la quantité mesurée, cette non-linéarité étant reflétée dans la forme digitale du signal sortant du détecteur, l'affichage digital, qui habituellement dépend d'un compte, d'impulsions, ne peut pas être étalonné directement pour exprimer 5 la quantité désiréeD II en résulte qu'il est nécessaire d'utiliser une table de conversion d'une forme convenable entre la lecture digitale et la température pour déterminer la température réelle ' mesurée par le thermocouple0 Par suite, pour obtenir une lecture directe digitale de la quantité mesurée, il est nécessaire de 10 prévoir un dispositif de traitement du signal pour rendre linéaire le signal digital» La présente invention a pour objet un appareil électronique pour rendre linéaire un signal digital» L'invention a aussi pour objet un appareil conver-15 tisseur de signaux produisant un signal sortant sous la forme d'impulsions d'une fréquence linéaire par rapport à la quantité mesurée» D'une façon générale, la présente invention concerne un appareil pour rendre linéaire un signal digital dans lequel 20 un train d'impulsions proportionnel au signal sortant non linéaire du détecteur est appliqué à un diviseur de fréquence "diviseur par N" pouvant être programmé» La sortie du diviseur est couplée à un compteur qui produit un signal sortant pour un dispositif de lecture» La sortie du compteur est aussi couplée à un système 25 logique dê commande de programme qui est préconditionné pour établir dans le diviseur de fréquence pouvant être programmé un diviseur particulier pour chaque segment séparé de la plage utile de la quantité mesurée afin que le signal sortant du compteur soit linéaire par rapport à la quantité mesurée» 30 Les caractéristiques de l'invention ressortiront plus particulièrement de la description suivante, donnée à titre d'exemple et faite en se référant au dessin annexé, sur lequel : La figure 1 est le schéma général d'un appareil pour rendre linéaire un signal digital selon un mode de mise en 35 oeuvre de l'invention» La figure 2 représente graphiquement la tension- de sortie d'un transducteur en fonction de. la valeur du paramètre mesuré» BAD ORIGINAL 70 30786 3 2063141 La figure 3 représente graphiquement la caractéristique entre l'entrée et la sertie d'un diviseur de fréquence peur un transducteur ayant la courbe de réponse représentée sur la figure 2, et 5 La figure 4 représente le signal sortant de l'appa reil rendant linéaire le signai digital en fonction du paramètre, La figure 1 est. le schéma général d'un appareil pour rendre linéaire un signal digital selon un mode de mise en oeuvre de 1*invention» Une source de signal non linéaire 1, 10 pouvant être un transducteur répondant- â une température tel qu'un thermocouple, produit une tension en courant continu représentant- la valeur de la quantité mesurée, c'est-à-dire la température» Le signal de tension de la source 1 est envoyé par une borne d'entrée 2 à un amplificateur à courant continu 10 15 qui produit un signal amplifié pour un oscillateur coïsmandé par la tension 11o L'oscillateur commandé par la tension H produit sur une borne 12 an train d'impulsions apparaissant ayant une fréquence d'impulsions proportionnelle à la tension produite par la source 1. Si le transducteur est d'un type produisant un 20 signal digital, il peut être connecté directement à la borne 12 par un commutateur 13, de la. façon représentée sur la figure 1, l'amplificateur 10 et l'oscillateur 11 étant supprimés» Le. signal digital apparaissant sur la borne 12 représente ainsi le signal sortant du dispositif tel qu'un thermocouple. Les impul-25 siens produites par l'oscillateur sont appliquées à un circuit commandé pour la division des impulsions par des facteurs variables de façon que les impulsions sortantes aiem- une relation déterminée d'impulsions par degré afin que le signal soit rendu linéaire» Dans ce but, la plage utile des températures est divisée 30 en plusieurs segments, la relation température-tension dans chaque segment étant d'une façon générale linéaire, mais avec: des pentes différentes» Le diviseur N du circuit diviseur est-varié peur que le rapport entre les diviseurs N de deux segrrents quelconques soit proportionnel au rapport de la pente le la 35 courbe température-tension pour les mêmes segments» Ainsi, si la pente d'un -segment est double de la pente d'un autre segment, le diviseur pour le premier segment a une valeur double de celle du diviseur pour l'autre segmenta De ce fait, le signal sortant bad original 70 30786 4. 2063141 est rendu linéaire pour tous les segments et les impulsions sortantes ont une relation fixe des impulsions par degré pour toute la plage utile des températures» Autrement dit, la plage des températures est divisée en plusieurs segments, chacun caractérisé 5 par un rapport linéaire entre les impulsions et les degrés ou entre les impulsions et les unités scus la commande d'un circuit logique de commande de programme 20o Un compteur décade 18 passe des comptes prédéterminés et sélectionnés, chacun correspondant à un point de discontinuité qui, comme il est expliqué ci-après 10 par rapport à la figure 2, représente un segment de température ayant une pente dsimpulsions de température différente de celle du segment précédent, la tension à la sortie du compteur 18 variant pour commander le fonctionnement du circuit logique 20» Le circuit logique de commande de programme 20 est un circuit 15 pouvant avoir différents états digitaux, c'est-à-dire produire un état binaire 1110, 1100, etc», en réponse à la tension sortante du compteur 18 quand le compteur décade 18 passe par des comptes prédéterminés quand chaque niveau de tension représentant ces états binaires est appliqué au diviseur de fréquence diviseur par 20 N il établit un diviseur N différent» A la fin de chaque période de passage, un signal de remise à zéro est envoyé au compteur décade 18 par un circuit logique un-coup retardé dont l'entrée est couplée à un oscillateur générateur d'impulsions de rythme ou de base de temps 16» Pour établir une information pour l'affi-25 chage, une seconde sertie du compteur décade 18 est couplée à un dispositif utilisant la fréquence du signal sortant et qui comprend un registre 25» La sortie du registre 25 est couplée à un circuit décodeur 26 qui est couplé à un dispositif d'affichage 27» 3° La figure 2 montre la relation existant entre la tension sortante et la quantité mesurée par un transducteur tel qu'un thermocouple» Les abscisses désignent des unités arbitraires représentant la valeur de la quantité mesurée qui dans le cas d'un thermocouple est évidemment en degrés, soit fahrenheit 35 soit centigrades, les ordonnées indiquant à la fois en volts xe signal sortant de l'amplificateur a courant- continu 10 et en herta le signal sortant de l'oscillateur commandé par la tension» L2approximation linéaire peut être faite en autant BAD ORIGINAL 70 30786 5 2063141 de segments qu'il est désiré pour obtenir une approximation précise d'après les tolérances choisies., Pour les besoins de la description, la courbe est divisée en trois segmentso Chaque segment est représenté par une ligne droite entre un premier 5 point de discontinuité et en point de discontinuité suivant., de sorte"que la relation tension-unités est linéaire le long du segment. Les quatre points de discontinuité de la figure 2 sent désignés Aq à A^° Il sera noté que sur la figure 2 chaque segment de la plage utile des températures a une pente différenteo 10 Les circuits logiques de commande, c'est-à-dire le diviseur de fréquence diviseur par N programmé, le compteur décale 18 et le circuit logique de commande de programme 20 sélectionnent le facteur diviseur N pour la division du signal sortant de l'oscillateur commandé par la tension 11 pour chaque 15 segment afin que le signal sortant du compteur décade 18 soit linéaire,* La façon d'obtenir ce résultat ressort particulièrement en considérant les figures 3 et 4» Sur la figure 3 les abscisses indiquent le signal sortant du compteur décade 18 pendant une période de passage et les ordonnées représentent le compte 20 d'impulsions provenant de l'oscillateur commandé par la tension 11 avec utilisation de diviseurs variables pour obtenir un signal sortant linéaire. Le résultat représenté sur la figure 4 est obtenu du fait de la relation considérée ci-dessus» Sur la figure 4 les 25 abscisses indiquent le compte d'impulsions pendant une période de passage et les ordonnées la valeur du paramètre. Le système peut être normalisé de façon que la valeur numérique présentée sur le dispositif d'affichage ou de lecture corresponde à la, valeur du paramètre désiré» Pour obtenir les résultats désirés, le système 30 est combiné pour opérer d'après les équations suivantes» BAD ORIGINAL 70 30786 6 2063141 Segment n° Plage 1» AQ 5 (A.J— AQ)N^ 10 A1 V 2 (A1-AQ ^ (A2-A1)N2 ( y~~ " ~~™T~—" 3. A2 15 20 AK-1 K (A1-A0)N1 (AK-1"AK-2^NK- N- K °/+%- dans lesquelles f = fréquence à la sortie de l'oscillateur commandé par la tension 11 C = compte total pendant une période de passage Aq, A.j , A2, A3 = points de discontinuité des segments T = période constante de temps commandé par 1*oscillateur de rythme 16 3q % ~ diviseur P°u.r le diviseur de fréquence 15 K = nombre de segments» Il sera supposé que la source 1 comporte un transducteur tel qu*un thermocouple ayant la caractéristique représentée par la courbe 30 de la figure 20 Une approximation linéaire 35 telle que la courbe 31 de la figure 2 est établie pour cette courbe» Il sera supposé aussi que la quantité mesurée a une valeur BAD ORIGINAL 70 30786 7 2063141 de 800 (suivant une échelle arbitraire, cette-valeur représentant par exemple une température de gaz d'échappement de 40G°C) et que peur cette valeur 800 1'amplificateur à courant continu 10 produit un signal sortant de 3,98 volts» L'oscillateur commandé par la 5 tension 11 dont le signal sortant est linéaire par rapport à son signal entrant, produit un signal sortant de 12 kHso Un oscillateur convenable pour un système selon la présente invention est décrit dans la demande de brevet français déposée ce jour au nom de la Demanderesse pour "Oscillateur commandé par une tension"» 10 Le premier prélèvement a lieu après l'ouverture de la porte 14 par 1®oscillateur de rythme 16 pour une durée déterminée, et un train d'impulsions d'une fréquence de 12 kHz est appliqué au diviseur de fréquence diviseur par N programmé 15° Pour le premier segment, c'est-à-dire de 0 à 200 15 le diviseur de fréquence 15 est programmé pour produire une impulsion chaque fois qu'il reçoit quinze impulsions, c'est-à-dire que le diviseur est égal à N égal 15» Ce fonctionnement continue jusqu'à ce que le comptage le long de la courbe atteigne le point de discontinuité à partir duquel la pente de la courbe 31 20 change c*est-à-dire qu'après 3000 impulsions et 200 comptages d'impulsions- l'opération passe au segment suivant de 200 à 600 pour lequel la fréquence des.impulsions varie de 3000 â 7000 Hz, c'est-à-dire avec une pente de 10 impulsions par unitéo La tension à la sortie du compteur 18 commande alors le circuit logique de 25 commande de programme 20 qui produit un signal digital en réponse â ce compte, l'application de ce signal au diviseur de fréquence 15 changeant- le diviseur du diviseur de fréquence afin qu'il corresponde à la pente du segment entre les points de discontinuité A^ et Ag<> Le nouveau diviseur pour la courbe 31 donnée à titre 30 d'exemple est 10 de sorte que le diviseur de fréquence produit une impulsion à la réception de 10 impulsions entranteso Le compteur continue à fonctionner jusqu'à ce que le circuit logique de commande de programme détecte une tension produite par le compteur 18 et représentant le compte 600 correspondant au point A?a Au 35 point de discontinuité A^ le circuit logique de commande- de programme 20 produit un autre signal digital de commande pour le diviseur de fréquence 15 afin de changer son diviseur« Pour le troisième segment de la courbe de la figure 2, la pente de la BAD ORIGINAL 70 30786 â 2063141 courbe est de 25 impulsions par unité et le diviseur est changé à la valeur 2.5 pour aucune impulsion soit produite par 25 impulsions entrantes. La période de passage établie par lfoscillateur de 5 rythme 16 est choisie pour que la fréquence maximale à la sortie de l'oscillateur commande par la tension 11 donne une. lecture de l'échelle totale. Comme le circuit logique de commande de-programme 20 et le diviseur de fréquence 15 peuvent avoir des-durées de commutation de l'ordre de quelques nanosecond.es, aucune 10 erreur n'est, introduite du fait d'une défaillance d'éléments d circuit à répondre aux impulsions entrantes. L'information contenue dans le compteur décade 18 est transférée au registre 25 et ensuite à un circuit décodeur classique 26 et à un dispositif d'affichage ou de lecture 27. 15 Le compteur 18 est ramené à zéro par le circuit un-coup 22 en préparation à la période de passage suivante. Le circuit un-coup est déclenché quand le signal de l'oscillateur de rythme 16 ferme la porte 14» Le compteur est ainsi ramené à zéro pour permettre un nouveau comptage pendant la période suivante d'ouverture, de 20 la porte. Suivant l'exemple de fonctionnement décrit ci~des«us, les diviseurs sont réglés pour que le signal sortant, rendu linéaire ait une pente égale à 1 de la façon représentée sur la figure 4° Cependant, il est évident que ce fonctionnement est -seulement 25 un exemple, et que le système peut rendre linéaire n'importe q^el ' signal entrant non linéaire, et établir n'importe quelle pente constante désirée pour le signal sortant. Un circuit selon l'invention peut être utilisé pour n'importe quelle application lorsqu'il est nécessaire d'assurer un 30 affichage représentant une quantité mesurée par un détecteur répondant à une condition et produisant un signal sortant ayant, une relation non linéaire par rapport à la quantité mesurée. L'exposé de la théorie sur laquelle est basée la présente invention est donné ci-dessus avec une analyse de la construction po-ir 35 permettre d'établir de nombreuses formes d'appareils pour rendre linéaire un signal digital selon la présente invention. Bien entendu, la description qui précède n'est pas liiltataTO, et l'invention peut être mise en oeuvre suivant d'autres variantes, sans que l'on sorte de son cadre. BAD ORIGINAL 70 30786 9 2063141 REVENDI CATIONS 1„ Appareil convertisseur pour convertir un signai électrique ayant une variation non linéaire, en un signal digital variant linéairement, caractérisé par un dispositif d'entrée pour la connexion à un détecteur et la production d'un signal digital 5 variant d'une façon non linéaire par rapport à la quantité mesares par le détecteur, un diviseur de fréquence pouvant être programme, un dispositif pour coupler la sortie du dispositif d'entrés à ce diviseur de fréquence, un compteur couplé à la sertie du diviseur de fréquence et comportant une sortie pour le couplage à un 10 dispositif utilisant la fréquence du signal sortant, et un dispositif pour faire varier le facteur de division du diviseur de fréquence pour différents segments de la plage des valeur?, de le quantité mesurée, le facteur de division pour chaque .segment étant tel que le signal sortant du compteur par unité de la quan-15 tité mesurée soit constant dans toute la plage des valeurs afin que le signal sortant envoyé au dispositif d'utilisation varie linéairement.par rapport à la quantité mesurée» 2o Appareil convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dispositifs faisant varier le facteur • 20 de division comprend un circuit logique de commande de programme couplé au compteur et comportant une sortie couplée au diviseur de fréquence pour établir le diviseur du diviseur de fréquence programmé en réponse à des comptes prédéterminés du compteur, le circuit logique de commande de programme pouvant être conditionné 25 pour la production de signaux sortants de commande en réponse à chaque compte prédéterminé et ces signaux de commande variant avec les comptes prédéterminés différents pour établir des diviseurs différents afin que le compteur produise un signal sortant linéaire par rapport à la quantité mesurée» 30 3» Appareil convertisseur selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif d'entrée comporte un oscillateur commandé par une tension» BAD ORIGINAL 70 30786 io- 2063141 ko _ Appareil convertisseur selon la revendication 3, caractérisé en ce que le dispositif de couplage comprend un dispositif pour faire passer le signal sortant de l'oscillateur commandé par la tension au diviseur de fréquence programmé pendant 5 une période de temps fixe, et comprend aussi un dispositif pour provoquer la remise à zéro périodique du-compteur après la fin de chaque période fixe de passage. 5o Appareil convertisseur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de couplage comporte une 10 porte ET-NOM ayant une première entrée couplée à la sortie de l'oscillateur commandé par la tension, une seconde entrée couplée à un oscillateur d'impulsions de rythme et une sortie couplée au diviseur de fréquence programmé et le dispositif pour la remise à zéro du compteur comporte un circuit logique ayant une 15 entrée couplée à l'oscillateur d'impulsions de rythme et une sortie connectée à l'entrée de remise à zéro du compteur,, 6. Appareil convertisseur selon la revendication 5, caractérisé par un registre couplé à la sortie du compteur, un dispositif pour la remise au repos périodique du registre après 20 chaque période de passage, un décodeur connecté a la sortie du registre et un dispositif d'affichage couplé à la sortie du décodeur. 7° Appareil convertisseur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif d'entrée comprend un oscilla-25 teur commandé par la tension pour produire un train d'impulsions ayant une fréquence proportionnelle à la quantité mesurée, un dispositif porte pour passer les impulsions de l'oscillateur â un diviseur de fréquence pouvant être programmé pendant une période de temps fixe, et un dispositif pour ramener le compteur à zéro 30 à la fin de chaque période de temps fixe. BAD ORIGINAL