Brevet FR2107973A1 — publié le 19720512

L'lnvention concerne un procédé pour la mesure de temps de fréquences, dans lequel , dans une première phase, un intégrateur est chargé par une tension qui est proportionnelle à la durée de période du signal d'entrée; dans lequel, dans une deuxième phase, la tension d'intégrateur atteinte à la fin de la première phase, est eiarftagasinée et envoyée à un élément de calcul pour transformation en une tension proportionnelle à la fréquence du signal d'entrée, et dans lequel, dans une troisième phase, ledit intégrateur est déchargé. L'invention concerne en outre un dIspositif pour la mise en oeuvre du procédé précité. Dans divers problèmes de la technique des mesures il est souvent nécessaire de déterminer la fréquence ou la durée de période de signaux dans un temps aussi court que possible. S'il s'agit alors de signaux dont la durée de période - pour autant que l'on puisse parler d'une telle durée est sournoise à une rapide variation dans le temps, les dispositifs habituels de ne sure de fréquence ou de durée de période sont insuffisants. Il faut que ceci soit tout d'abord expliqué à l'aide d'un système de radar Doppler par exemple. Lors des mesures de vitesses au moyen d'un système radar Doppler, les signaux à évaluer, dans le cas de mouvements dépendant du temps, peuvent présenter une largeur spectrale d'une grandeur telle qu'une démodulation et, par suite la reconstitution de la vitesse en fonction du temps n'est plus possible avec les discriminateurs conventionnels à moyenne fréquence. Ceci sera rapidement exposé ci-dessousO la vitesse dépendant du temps peut être représentée par l'équation ci-dessous v (t) = vo + vO Vo S (t), I S (t) Dans cette équation, vo est la composante constante, # V. S (t), la composante, dépendant du temps, de la vitesse0 Par l'effet Doppler, on obtient, d'une façon connue, un signal électrique dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse à mesurer, et qui peut autre représentée comme suit f (t) ^ a v (t) - fO + A fa S (t). Dans cette équation, a est une constante de transmetteur dormie par le système de mesure, et a la dimension a s m Par analogie avec les désignations usuelles dans la technique des communications, on peut comprendre f (t) comme une fréquence instantanée, fO comme fréquence porteuse, et S (t) comme une fonction de modulation. Dans la technique des communications (en mo yennes fréquences, MP) on a en général la condition A f f0 ( 10 3 - maxO 10 1) fo ceci signifie que pour la reconstitution de la fonction de modulation S (t) les discriminateurs usuels de fréquences, à bande étroite, suffisent0 I1 en est toutefois tout autrement pour un signal MF se présentant à la sortie d'une sonde de mesure de vitesse Doppler. Ceci sera montré à l'aide d'un exemple sim ple : Supposons une oscillation d'amplitude vwe V0 v v suite dans les limites o MF , ne sont pas capables de démoduler des signaux ayant des balayages de fréquence si grands. Une façon possible de tourner ces difficultés pourrait consister à mesurer la durée des périodes individuelles, dans un ordre chronologique aussi rapide que possible. De cette façon, on peut déterminer la fréquence du signal Doppler par une résolution élevée dans le temps. La durée de période d'un signal modulé en fréquence peut être considérée comme un signal modulé en largeur d'impulsion, en conséquence de quoi, un démodulateur de durée d'impulsion pourrait être utilisé. De tels démodulateurs de durée d'impulsion sont, par exemple, décrits dans Steinbuch , Taschenbuch der Nachrichtenverarbei tung - Edition Springer, page 917 et suivantes.Dans ce procédé, pendant une durée d'impulsion du signal d'entrée, celui-ci est transformé, au moyen d'un intégrateur en une tension qui lui est proportionnelle. k la fin de l'impulsion, la tension de sortie est emmagasinée dans un circuit d'arrêt et, sur ce, l'intégrateur est déchargé. Ce procédé présente toutefois des inconvénients , justement au point de vue de son utilisation pour les signaux Doppler. Dans le mode usuel de modulation de durée de pulsation (PDM) les impulsions se présentent à un taux constant, donné par le processus de modulation à l'émission. Correspondant aux profondeurs de modulations bien plus petites qui s'y trouvent d'ordinaire, la durée d'impulsion oscille relativement faiblement (max. + 40 5c') par rapport à la durée d'impulsion non modulée, et ceci à l'intérieur de limites définies s Tmin # T # Tmax. La fréquence de balayage fs s s sera choisie de telle sorte que l'intervalle Ts - Tmax M 20 soit suffisamment long, même dans le cas le plus défavorable pour pouvoir traiter l'information, c'est-à-dire pour commander le circuit d'arrêt et la décharge de l'intégrateur. Ce cycle de traitement peut alors être commandé par un programme fixe, indépendant du temps. I1 en est tout autrement avec un signal Doppler dont la fréquence et, en conséquence, la durée de période peut etre modulée à l'intérieur d'une grande zone (env. 1 t 100) par la fonction de modulation S (t). les périodes du signal Doppler, considérées comme impulsions modulées en durée de pulsation se suivent sans lacune de sorte que le traitement de l'information doit être reporté dans lapériode suivant la période à mesurer. tirais comme les périodes individuelles peuvent fortement varier en durée, il y a danger de recoupements0 I1 peut ainsi se produire que le condensateur de l'intégrateur ne soit pas complètement déchargé à l'instant où la période suivante devrait précisément être traitée. Le but de l'invention est d'éviter la carence du système connu et de fournir un procédé, ainsi qu'un dispositif convenant pour la mise en oeuvre du procédé, qui permettent une mesure exacte du temps propre de fréquences, à résolution élevée dans le temps0 Le procédé pour la mesure du temps propre de fréquences, dans lequel, dans une première phase, un intégrateur est chargé par une tension, qui est proportionnelle à la durée de période du signal d'entrée, dans lequel à la fin d'une deuxième phase 19 tension d'intégrateur atteinte est emmagasinée et envoyée à un élément de calcul pour transformation en une tension proportionnelle à la fréquence du signal d'entrée et dans lequel, dans une troisième phase ledit intégrateur est déchargé, est, d'après l'invention, caractérisé en ce que le déroulement et la durée des différentes phases sDnt~commandés par le signal d'entrée. On obtiendra de cette façon un synchronisme entre le traitement de la valeur de mesure et le signal à traiter, synchronisme, qui rend impossible un recouvrement éventuel des différentes phases. Le dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant l'invention, est caractérisé en ce que premièrement des moyens,sont prévus pour la charge de l'intégrateur pendant un nombre entier de périodes du signal d'entrée, deuxièmement des moyens sont prévus pour transmettre la tension atteinte par l'intégrateur, à un circuit d'arrêt, et, troisièmement, des moyens sont prévus pour la décharge de l'intégrateur. Les modes particuliers d'exécution de l'objet de l'invention, ressortent de l'exemple de réalisation représenté par le dessin. L'invention sera ensuite expliquée à l'aide de cet exemple. Tous les détails ne présentant pas d'importance pour la compréhension de l'invention ont été négligés. On voit r Figure 1 une forme, à titre d'exemple, de réalisation d'un montage pour la mesure de temps propre de fréquences Figure 2 : le diagramme correspondant impulsiontemps pour l'explication du fonctionnement du montage Le signal modulé en fréquence Us est introduit dans un circuit comparateur 1. Celui-ci se compose d'un comparateur proprement dit E, qui délivre constamment un signal lorsque le signal d'entrée Us change de signe d'un élément différenciant D, et d'un limiteur C. Comparateur, élément différenciant et limiteur sont des montages électroniques de base connus (M. Schweigert, Elektronische Grundschaltungers, Francis Verlag, Munich, 1967, p. 61 - p. 64, p. 171), et ne seront donc pas expliqué plus en détail.Le circuit du comparateur 1 délivre une impulsion pour chaque passage positif par zéro du signal d'entrée U . les flancs avant de cette impulsion forment le signal U1 des repères de temps, la distance entre deux repères successifs correspondant à une période T du signal d'entrée Us (figure 2) . la succession d'impulsions Ul arrive à l'entrée d'un compteur binaire Z à deux chiffre s0 Celui-ci est constitué par deux multivibrateurs bistables avec déclenchement symétrique - donc à une seule entrée, par exemple SN 7470 Texas Instruments.Ces deux multivibrateurs sont montes à la suite l'un de l'autre L'entrée du premier multivibrateur 2, sert d'entriee au compteur binaire Z, la sortie A2 est reliée, d'une part à l'entrée du deuxième multivibrateur 3, d'uutre part à la première entrée E4 d'une première porte E, 4. la sortie A2 du premier multivibrateur 2 est reliée à la première entrée E5 d'une deuxième porte ET, 5 et à la première entrée E6 d'une troisième porte ET, 6. La sortie A3 du deuxième multivibrateur 3 est reliée à la deuxième entrée E4 de la première porte ET, 4 et à la deuxième entrée E5 de la deuxième porte ET, 5.A la sortie A3 du deuxième multivibrateur 3, est branchée la deuxième entrée E6 de la troisième porte ET, 60 L'intégrateur I consiste, pour l'essentiel, en un amplificateur opérationnel 8, dont la sortie est raccordée à l'entrée inversante, et dont l'entrée non inversante est reliée, d'une part à un condensateur C1 mis à la masse et d'autre part, par l'intérmédiaire d'un contacteur S1 commandé par la première porte ET, 4 à une source de courant constant 70 Un autre contacteur S3, actionné par la troisième porte ET, 6 sert à court-circuiter le condensateur Cl .La sortie de 1'in- tégrateur I est branchée, par l'intermédiaire d'un autre contacteur S2 actionné par la deuxième porte ET, 5, à l'entrée d'un circuit H d'arrt (en anglais : sample-and-hold-circuit)O Le circuit d'arrêt H est d'une constitution analogue à celle de l'intégrateur I et est donc constitué par un amplificateur opérationnel 9, à l'entrée non inversante duquel est branché un condensateur C2 mis à la masse, et dont l'entrée inversante est reliée à la sortie de l'amplificateur 9o A la sortie du circuit d'arrêt H, se raccorde un calculateur R qui aE,it comme générateur de valeur réciproque.Dans son premier étage, un amplificateur logarithmique 10, le logarithme U1 X log UT de la tension UT provenant de la sortie du circuit d'arrêt, est formé et inversé. la tension UL et une tension constante UK X log K sont totalisés dans un additionneur 11, et la somme UK - M = log K - log UT est introduite dans un circuit ANTILOG 12. A la sortie du circuit ANTIIOG 12 se produit alors une tension Uf qui est inversement proportionnelle (facteur de proportionnalité K ) à la tension de sortie UT du circuit d'arrêt Ha Un circuit, qui forme en partant d'une grandeur d'entrée une grandeur de sortie réciproque de celle-ci est, par exemple, le bloc Philbuck Nexus, log. Nodule 4350 ou 4351. Le fonctionnement du montage représenté sur la figure 1 est maintenant expliqué à l'aide du diagramme impulsions - temps représenté figure 2. Pendant la période Tn, le contacteur S1 est fermé. Le condensateur Cl est chargé par la source de courant constant 7 à une tension Uc1 qui est proportionnelle à la durée de la période T n A la période suivante Tn+1 le contacteur 2 se ferme et. transmet la tension de sortie de l'intégrateur I au circuit d'arrêt H. Ensuite, le condensateur C1 doit autre à nouveau déchargé. Mais ceci ne doit se produire qu'après que le contacteur S2 a été de nouveau ouvert. Pour ne pas recevoir de mesures erronées, dues à l'inévitable insécurité d'enclenchement entre la fermeture du contacteur S3 et l'ouverture du contac teur S2, la période T sert de pause d'attente.Si, pour pré- n+2 ciser,le contacteur s, se fermait et le condensateur C1 com mençait à se décharger lorsque le contacteur S2 est encore fermé, une tension plus faible serait envoyée au circuit d'arr8tO Dans la période Tn+3 suivant la période Un+2 le contacteur S3 se ferme et décharge le condensateur C1 de l'intégrateur I qui est ainsi ramené à zéro. A la prochaine période, S1 sera de nouveau fermé, etc. On obtient de la sorte, par quatre périodes, une valeur de mesure UT à la sortie du circuit d'arrêt, valeur qui, de la façon décrite plus haut, sera transformée en un signal Uf de sortie proportionnel à la fréquence du signal d'entrée Us a La commande du cycle de mesure est faite par le signal d'entrée Us lui-mme, de sorte que le traitement de la valeur de mesure, et le signal à mesurer sont synchronisés entre eux. La commande du cycle de mesure c'est-à-dire l'actionnement des contacteurs Sl, S2 et S3 est effectuée par le circuit logique dont la constitution est décrite ci-dessus. Ceci doit être soumis à un examen un peu plus approfondi. le circuit comparateur 1 fournit une suite d'impulsions qui sert comme signal U1 de repères de temps. Supposons que le premier multivibrateur 2, ainsi que le deuxième multivibrateur 3, soient en position de repos. L'impul- sion au début de la période T n porte la sortie k2 à l'état "1"; en conséquence, la sortie A3 du deuxième multivibrateur 3 prend de même l'état "1". 2 et A3 se trouvent alors à l'état "O" O Le prochain flanc positif d'impulsion du signal de repères de temps Ul provoque un changement des tensions de sortie U2 et U2 en ce sens que A2 prend l'état "O" , k2 l'état "1". Comme alors le deuxième multivibrateur 3 comme le premier 2 ne change son état à la sortie que sous l'effet de flancs positifs d'impulsion, lors du saut de "1" à "O" du premier multivibrateur 2, l'état à la sortie du deuxième multivibrateur 3 reste maintenu. Ce n'est que lorsqu'arrive la troisième impulsion, c'est-à-dire le signal de repères de temps au début de la période Tn+2, qui se modifie l'état à la sortie du deuxième multivibrateur 3, en ce sens que la sortie A3 prend la position "0", et A3 la position "l" . Ces rela 3 tions sont inscrites dans le diagramme impulsions-temps de la figure 2. La suite d'impulsions U2 présente la moitié, la suite d'impulsions U3 présente le quart de la fréquence du signal de repères de temps U1 .Ces trois suites d'impulsions se trouvent toutes en phase, toutes les quatre périodes du signal U1 de repère de temps, par exemple au début des périodes Tns Tn+4, Tn+8, etc. Comme déjà décrit ci-dessus, les sorties des deux multivibrateurs 2 et 3 sont reliées à trois portes ET 4, 5, 6. Dans la première porte ET, 4 est introduite la suite des impulsions U2 et U3 , dans la deuxième porte ET, 5 la suite des impulsions U2 et U3 .Ces portes ET forment d'une façon connue, les produits logiques (combinaison ET) des tensions appliquées à leurs deux entres. k la sortie de la première porte ET, 4 se forme la suite d'impulsions U2.U3 ; à la sortie delta deuxième porte ET, 5, la suite d'impulsions 2.U3 ; à la sortie de la troisième porte ET, 6 la suite d'impulsions U2.U3. Ces suites d'impulsions sont é- galement représentées dans le diagramme de la figure 2. La suite d'impulsions U2.U3 est une série de tensions rectangulaires avec une largeur d'impulsion correspondant à la durée de la période Un et en phase avec cette période Tn La suite d'impulsions tir20 U a la largeur d'impulsion de 3 la période Ton+1 , et est en phase avec cette période. La suite d'impulsions 2.U3 a la largeur d'impulsions de la période Tn+2 , et est en phase avec cette période a On obtient, de la sorte, la fonction pilote pour la commande des cycles en fonction du signal d'entrée Us. Dans la réalisation du montage décrit, on n'utilise naturellement pas de contacteurs mécaniques, mais des éléments électroniques de circuit, par exemple des transistors bipolaires ou des transistors à effet de champ, Pour des raisons de clarté ceux-ci n'ont pas été dessinés dans le circuit de la figure 1, d'autant plus que l'utilisatEon de transistors comme contacteurs est une mesure courante pour le spécialiste moyen REVENDICTIONS 1. Procédé pour la mesure du temps propre des fréquences dans lequel, au cours d'une première phase, un intégrateur est chargé à une tension proportionnelle à la durée de période du signal d'entrée, lors d'unedeuxième phase, la tension atteinte par l'intégrateur à la fin de la première phase est emmagasinée et introduite dans un élément de calcul pour transssor- mat ion en une tension proportionnelle à la fréquence du signal d'entrée et, au cours d'une troisième phase, ledit intégrateur est déchargé, caractérisé en ce que le déroulement dans le temps et la durée des différentes phases sont commandés par le signal d'entrée Us O 20 Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, des premiers moyens (l,2,3,4,S1) sont prévus pour la charge d'un intégrateur (I) pendant un nombre entier de périodes du signal d'entrée (Us), des seconds moyens (1,2,3,5,S2) sont prévus pour la transmission de la tension atteinte par l'intégrateur (Uc1) à un circuit d'arrêt (.I), et des troisièmes moyens (1,2,3,6,S) sont prévus pour la décharge de l'intégrateur (I). 3. Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que, pendant une première période (Tn) du signal d'entrée (Us), l'intégrateur (I) est chargé à une tension (Uc dure de période du signal d'entrée, en ce que, pendant la deuxième période (In+1) succédant à la première période (ton) du signal d'entrée (U ), la tension d'in n s tégrateur (uns) atteinte à la fin de la première période, est transmise à un circuit d'arret (H), en ce que la troisième période (Tn+2) succédant à la deuxième période (Un+1) est utilisée comme temps d'attente, et en ce que dans la quatrième période (Tn+3) succedant à la troisième (Tn+2) du signal d'entrée (Us), l'intégrateur (I) est déchargé. 4. Dispositif suivant la revendication 2 ca ractérisé en ce que des premiers moyens (l,2,3,4,S1) sont prévus pour la charge de l'intégrateur (I) pendant la première période (Tn) du signal d'entree (Us) ; en ce que des deuxièmes moyens (1,2,3,5,S2) sont prévus pour transmettre au circuit d'arrêt (H), pendant la deuxième période (?n+1) du signal d'entrée, la tension d'intégrateur (Uci) atteinte à la fin de la première période, en ce que des troisièmes moyens (1,2,3,6, S3) servent à la décharge de l'intégrateur (I) pendant la quatrième période (Un+3) après avoir sauté la troisième pério n+3 de (Un+2) et en ce qu'un calculateur (R) est relié à la sor n+2 tie du circuit d'arrêt (H) pour la formation d'une tension (Uf) réciproque de la tension d'intégrateur (Uc1). 5. Dispositif suivant l'ensemble des revendications 2 et 4, caractérisé en ce qu'un circuit logique (1,2,3,4,5,6) est prévu pour la commande des différentes pha sesO 6. Dispositif suivant l'ensemble des revendications 2, 4 et 5 caractérisé en ce que le circuit logique est composé : d'un circuit comparateur (1) pour la création d'une suite d'impulsions de repères de temps (U1) synchrone avec le dignal d'entrée (U5) ; d'un premier multivibrateur (2) raccordé au circuit comparateur, pour décomposition de la suite d'impulsions de repères de temps (U1) en deux suites d'impulsions rectangulaires (U2 U2) ; d'un deuxième multivibrateur (3) relié à une sortie (A2) du premier multivibrateur (2) pour une autre décomposition de la suite d'impulsions rectangulaires (U2) envoyée à son entrée, en deux autres suites d'impulsions rectangulaires qui sont également complémentaires, l'une par rapport à l'autre ; d'une première porte ET (4) dont la première entrée (E4) est reliés à la première sortie (A2) du premier multivibrateur (2) et dont la deuxième entrée (r4) est reliée à la première sortie (A3) du deuxième multivibrâteur (3) ; d'une deuxième porte ET (5) dont la première entrée (E5) est reliée à la deuxième sortie (A2) du premier multivibrateur (2), et dont la deuxième entrée (E5) est reliée à la première sortie (A3) du deuxième multivibrateur (3); et d'une troisième porte ET (6) , dont la première entrée (6) est reliée à la deuxième sortie (B2) du premier multivibrateur (2) et dont la deuxième entrée ( ( est reliée à la deuxième sortie ( 3) du deuxième multivibrateur (3).