Brevet FR2107971A1 — publié le 19720512

l'invention concerne un circuit discriminateur de fréquences et son utilisation dans une sonde de courant Doppler-laser. Pour certaines applications dans le domaine de la technique de mesure, on a besoin de dispositifs électroniques qui puissent 5 indiquer si une fréquence de signal est plus grande ou plus petite qu'une fréquence de référence. De tels dispositifs sont souvent désignés comme discriminateurs de fréquences. On exige d'eux qu'ils permettent une grande variation de la fréquence de signal (par rap-... PÇ5Ê- à la fréquence de.référence) et, que le passage de la fréquence 10 de signal à travers la fréquence de référence puisse être déterminé avec une grande précision. Ceci conditionne d'une part une grande largeur de bande, d'autre part une grande pente de leur caractéris- -tique de transmission aux environs de la fréquence de référence. Comme exemple typique d'utilisation, on citera ici 15 la détermination du sens de vitesse dans les sondes de courant Doppler-laser, au moyen d'un discriminateur de fréquences. La figure 1 montre un tel dispositif à titre d'exemple la fréquence f d'un oscillateBt local y est, au moyen d'un modulateur MOD (modulateur à bande latérale unique avec affaiblissement de porteuse) déphasée 20 d'un certain montant $ar rapport à la coupure de fréquence fQff, et ce signal est supcpposé au signal Doppler (fQ+fà). la fréquence résultante de signal à la sortie du photo-détecteur TPD s'élève alors à ffi= suivant le sens v de la vitesse. La relation entre la tension de sortie du discrimina-25 teur EB et la fréquence de signal f d'un discriminateur de fréquen-ces, constitué par de simples circuits résonnants est représenté, à titre d'exemple, sur la figure 2. La pente "de la caractéristique aux environs de la fréquence de référence fQff et la distance des extrêmes c^ést-à-dire la largeur de bande du discriminateur, ne peu-30 vent être choisies indépendamment l'une de l'autre. Bien plus, une grande largeur de bande et une haute sensibilité c'est-à-dire un grand dU^/df^ s'excluent mutuellement. Ceci présente l'inconvénient que, pour une petite largeur de bande et une grande fréquence Doppler f^, l'information sur le sens de la vitesse peut disparaître, alors 35 qu'avec une petite pente aux environs de la fréquence de référence, conditionnée par la grande largeur de bande et l'inévitable dérive de zéro du redresseur, la séparation pour de petites oscillations de fréquences sera diminuée. Pour éviter les inconvénients que l'on vient de montrer, il faudrait faire intervenir, au lieu de eimples 40 circuits à résonance, des filtres jasse-banae à flancs extrêmement BAD ORIGINAL 71 34035 s 2107971 raides. Mais, pour la réalisation d'un discriminateur de fréquences ainsi constitué, la structure relativement compliquée du filtre à bande passante, ainsi que les exigences élevées de stabilité pour de nombreux composants, qui tous influencent défavorablement le 5 point zéro du discriminateur, seraient des inconvénients. Le but de l'invention est d'éviter les inconvénients ; des procédés connus, et de procurer un discriminateur de fréquences qui, à côté d'une grande largeur de bande et d'une stabilité élevée, présente une grande pente de sa caractéristique de transmission aux 10 environs de la fréquence de référence. Le problème précité peut, d'après l'invention,être résolu en ce que, au moins deux dis criminâteurs push-pull présentant des facteurs de qualité différents, sont montés en parallèle, un discriminateur push-pull déterminant la pente du montage en parallèle aaix 15 environs de la fréquence de référence, et au moins un discriminateur push-pull déterminant la largeur de bande du montage en parallèle. . Des modes particuliers de réalisation ressortent des exemples de réalisation, représentés par les dessins, dans lesquels tous les détails ne présentant pas d'importance pour l'invention ont été 20 laissés de oôté. On voit Figure 1, une sonde de courant Doppler-laser correspondant à l'état de la technique, Figure 2, la caractéristique de transmission d'un circuit 25 connu de discriminateur de fréquences, Figure 3, le schéma symbolique d'un circuit de discriminateur de fréquences suivant 1'invention, Figure 4» une représentation graphique pour expliquer le ^fonctï5HnS^nt~*a^",cîrcùiî^EeJ=c[ïs criMji^téûrigure" 3~, ' 30 — Figure 5» une représentation^ entrant-plus• dans les détails"" du circuit de discriminateur de fréquences de la figure 3, Figure 6, une modification du discriminateur de fréquences de la figure 3» Figure 7, une représentation graphique, pour expliquer le 35 fonctionnement du circuit de discriminateur de la figure 6. Dans la figure 3 est représenté le schéma symbolique d'un circuit de discriminateur de fréquences composé de trois discriminateurs push-pull D-| f D2 , D3, Les différents discriminateurs push-pull — ils seront décrits encore plus en détail ci—dessous — présentent COPY 71 34035 3 2107971 des facteurs de qualité ,Q2 ,Q3 , différents, avec Qi^> §2/ $3» et sont montés en parallèle. L'entrée du circuit en parallèle est repérée E, sa sortie A. La sortie A est reliée à l'entrée inversante 1 d'un amplificateur opérationnel 2, dont l'entrée non inversante 3 5 est mise à la masse„ Entrée inversante 1 et sortie 4 de l'amplificateur opérationnel sont reliées par 1'intermédiaire d'une résistance de contre-réaction 5• L'amplificateur opérationnel est chargé de totaliser, d'une façon connue, les courants de sortie i-j ,i2 ,i3 des différents discriminateurs push-pull D-j ,D2 ,I>3 . A la sortie 5 de 10 l'amplificateur opérationnel on dispose ainsi d'un signal XJ0ut> qui contient l'information sur la position de la fréquence de signal fs par rapport à la fréquence moyenne (= fréquence de référence) fQff du discriminateur de fréquences constitué par les trois discriminateurs push-pull* Ce signal est par exemple positif, lorsque fs est 15 plus grand que fcff» négatif si fs est plus petit que f0ff Mais il peut y avoir une relation inverse entre la position de la fréquence de signal par rapport à la fréquence de référence, et la polarité de la tension de sortie du discriminateur,, Maintenant, pour obtenir une bonne discrimination au passage 20 de la fréquence de signal par la fréquence de référence» la pente de la courbe de transmission du discriminateur doit, justement dans cette zone, être aussi grande que possible. D'autre part, pour des fréquences de signaux qui se situent relativement loin de la fréquence de référence, on doit avoir une expression nette de leur position par 25 rapport à la fréquence de référence. Ceci peut seulement être obtenu si la largeur de bande du discriminateur est plus grande que le double de la fréquence Doppler maximale à attendre. Avec le circuit de discriminateur- proposé, ces deux conditions sont remplies, si les différents discriminateurs push-pull constituant le circuit en paral- 30 lèle présentent une pente et une largeur de bande différentes. Ceci ♦ est représenté à titre d'exemple dans la représentation graphique de la figure 4» Les caractéristiques kj)^ ,k]Q^ , sont attribuées aux discriminateurs push-pull D-| (Q = Qi ), D2 (Q = Q2)> D3 (Q = Q3) „ le discriminateur push-pull D1 ayant la caractéristique Içdi» à pente 35 la plus raide, redonne le passage de la fréquence de signal fs par la fréquence de référence foff» avec une séparation très élevée. Les discriminateurs push-pull D2 et D3 déterminent par contre, même pour de fortes variations de fréquences (allant jusqu'au dessus du domai-ne de discrimination\D1), si fa est plus grand ou plus petit que 40 foff. En outre, ce dispositif présente l'avantage que seul 71 34035 2107971 le discriminateur push-pull ayant la caractéristique la plus raide, c1est-à-dire D^, doit être rendu extrêmement stable, alors que d'éventuels changements des caractéristiques de transmissions des discriminateurs I>2 et D3, ou un décalage du point zéro de ceux-ci, 5 correspondant à une pente beaucoup plus petite, n'exercent qu'une très petite influence sur la stabilité de l'ensemble du circuit de discriminateurs. La figure 5 montre une réalisation possible d'un circuit de discriminateur de fréquences exécuté d'après les points de vue 10 ci-dessus. Dans cette figure, n'est représentée - pour éviter les répétitions - que la partie de circuit composée des trois discriminateurs push-pull D-j, D2» D3 montés en parallèle. Le discriminateur push-pull D-| est, pour obtenir -une raideur de flanc élevée équipé de cristaux 6 et 7. Ceux-ci sont reliés, 15 d'une part à l'entrée E-j, d'autre part à la masse par l'intermédiaire de deux résistances, 8, 9» En série avec chaque cristal 6 se trouve une diode 10, 11, l'anode de la diode étant raccordée au cristal, la cathode de la diode 11 étant reliée au cristal 7. La cathode de la diode 10 est branchée à la masse par l'intermédiaire 20 d'un condensateur 12 et, en outre, par une résistance \3\, à la sortie du discriminateur push-pull. D'une façon correspondante, l'anode de la diode 11 est reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur 14, et par une résistance 15-j » à la même sortie A-j . La caractéristique de transmission de ce discriminateur push-pull 25 est représentée à titre d'exemple sur la figure 4, et repérée kj)i Le dicriminateur push-pull D2 se différencie de D-| en ce que, à la place des combinaisons 6, 8 ou 7, 9» intervient chaque fois un élément RCL, comportant une résistance 16, une bobine 17 avec une prise 18 et un condensateur 19 et, de même, une résistance 20, une 30 bobine 21 avec une prise 22 et un condensateur 23. Le reste du circuit correspond à ce qui a été décrit pour le discriminateur push-pull D1. La caractéristique de transmission du discriminateur push-pull D2 et également tracée sur la figure 4, et y est repérée par kD2 • 35 Le discriminateur push-pull D3 est constitué d'une façon analo gue à celle du discriminateur D2 décrit ci-dessus. Il présente une caractéristique de transmission (kD^ sur la figure 4) encore plus plate. A la différence du discriminateur push-pull D2, les bobines n'ont pas de prises. Les résistances 16 et 20 déterminent la qualité 40 Q. Mais pour Q élevé, l'alimentation par la prise sur bobine serait 71 34035 5 2107971 avantageuse (Q élevé pour des valeurs judicieuses des inductances et des capacités). La courbe koj de la figure A montre la caractéristique de transmission de ce discriminateur push-pull. Les caractéristiques de transmission kj}.j ^ ^>2, ^3 se superpo-5 sent de sorte que le circuit parallèle des discriminateurs push-pull donne la courbe résultante ko. Par adaptation des paires de résistances 13j_, 15i ( i= 1, 2, 3) le point zéro du ième discriminateur push-pull peut être individuellement ajusté. Les influences des différents discriminateurs push-10 pull entre eux peuvent être également pondérées par le choix du rapport des résistaces précitées. Si l'on veut obtenir des largeurs de bande plus grandes sans, pour cela, augmenter le nombre des discriminateurs push-pull, on peut remplacer les discriminateurs push-pull et D3 constitués par 15 des circuits à résonance relativement simples, par d'autres dans lesquels on utilise des filtres passe-bande. Ceci est représenté à titre d'exemple sur la figure 6. Sur cette figure, comme sur la figure 5 n'est représenté que le circuit en parallèle proprement dit. Le discriminateur push-pull D-j présente la même constitution que 20 sur la figure 5» et est branché en parallèle sur un discriminateur push-pull composé de filtres passe-bande. Gomme filtres passe-bande, on peut, par exemple, utiliser ceux qui sont de construction conventionnelle c'est-à-dire passive: filtres passe-bande constitués par des inductances, des capacités et 25 des résistances ohmiques. Toutefois il s'est également montré avantageux de prévoir des filtres passe-bande actifs. Qu'ils soient passifs ou actifs, les filtres passe-bande sont connus et ne seront pas, pour cette raison, exposés plus en détail ici: La caractéristique de transmission d'un discriminateur push-pull, composé de filtres 30 passe-bande, est donnée à titre d'exemple sur la figure 7, où elle y est repérée kj)^. La caractéristique de transmission résultante k'-p du dispositif décrit ci-dessus, résulte, comme dans le cas de la figure 5, de la superposition des caractéristiques des dicrimina-teurs push-pull et D4 montés en parallèle, dans le sens de Ub. 35 • Naturellement, l'objet de l'invention n'est pas limité aux re présentations par les dessins. C'est ainsi qu'à la place des discriminateurs push-pull , D2, D3, D4, on pourrait prendre d'autres discriminateurs ayant une action analogue. Ce qui est important est que le discriminateur déterminant la pente de l'ensemble du montage 4-0 présente une grande pente aux environs de la fréquence de référence 71 34035 6 2107971 fQff e"fc qu'il soit très stable, et que les discriminateurs à brancher en parallèle présentent la largeur de bande nécessaire. En ce qui concerne les linéarités des différents discriminateurs push-pull il faut constater qu'elles ne doivent pas imposer de conditions éle-5 vées. Comme mentionné au début, les discriminateurs de fréquences à séparation élevée deviennent nécessaires en particulier pour les sondes de courant Doppler» Un tel dispositif est représenté, à titre d'exemple, sur la figure 1* Dans cet exemple, un laser sert d'oscil-10 lateur local. Celui-ci envoie une lumière cohérente de fréquence f0 dans un champ de courants, dans lequel les particules se dispersant se déplacent à la vitesse t. Une partie de la lumière de laser incidente quitte inchangée le champ de courants - elle constitue le rayon dit de référence. Du champ de dispersion on choisit un rayon 15 de signal abandonnant le champ de courants, avantageusement symétrique par rapport au rayon de référence dont la fréquence est plus petite ou plus grande que la fréquence du rayon de référence, d'une quantité égale au décalage Doppler f D'un autre côté, la largeur de bande du discriminateur de fréquences doit être suf flamant grande pour éliminer les ambiguïtés de discrimination, lors d'un grand décalage Doppler f^. 71 34035 7 2107971 REVENDICATIONS. 1o- Circuit de discriminateur de fréquences, caractérisé en ce que, au moins deux discriminateurs push-pull de fréquences ( D-j ,D2 ,1)3 ) présentant des facteurs de qualité (Q-j ,Q2 ,Q3 Q4 ) différents sont montés en parallèle, un discriminateur push-5 pull (D-| ) déterminant la pente de la caractéristique de transmission (kj) ,kfD ) aux environs de la fréquence de référence (f0ff)> et un discriminateur push-pull au moins (D2 ,Dj ) déterminant la largeur de bande du circuit en parallèle. 2.- Utilisation du discriminateur de fréquences suivant -10 la revendication 1, dans une sonde de courant Doppler, 3c- Discriminateur de fréquence suivant la revendication 1 caractérisé en ce que des moyens ( 13i »15i ) sont prévus, qui servent au réglage du point zéro des différents discriminateurs push-pull (D.| ,D2 ,03 ,D4 ) et au dosage des influences réciproques des 15 différents discriminateurs push-pull entre eux»