Brevet FR2126399A1 — publié le 19721006

La présente invention concerne un convertisseur transformant un signal analogique d'entrée en un signal numérique de sortie de valeur proportionnelle à celle du signal d'entrée, l'invention s'applique en particulier à la conversion analogique-numérique 5 dans les systèmes de mesure tels que les systèmes de pesée à jauge de contrainte dans lesquels des signaux analogiques de poids sont vertis en valeurs numériques. L'invention concerne plus particulièrement les convertisseurs-intégrateurs analogiques-numériques du type décï^t dans le brevet des 10 E.U.A. n° 3 316 547, et les convertisseurs de ce type associés à un transducteur d'état. Le convertisseur calcule l'intégrale d'un, signal analogique inconnu sur -une période donnée et convertit cette intégrale en une valeur numérique destinée à être reproduite sur un indicateur visuel. Avant de procéder à une lecture, l'opérateur. 15 remet manuellement à zéro l'indicateur visuel. Au moment de la remise à zéro, le dernier chiffre significatif de la représentation numérique peut être sur le point de passer à +1 ou à -1 . Il peut donc exister une petite erreur analogique, même lorsque l'indicateur est à zéro. 20 La présente invention a pour objet de résoudre ce problème en augmentant la sensibilité au voisinage du zéro. Plus précisément, la sensibilité est accrue dans un rapport d'1 à 5 en multipliant par 5 la période ou intervalle d'intégration du signal analogique. Ainsi, l'intervalle +1, 0, -1 d'un instrument classique est subdivisé en un 25 intervalle +5, +4, +3, +2, +1, 0, -1, -2, -3, -4, -5 par le système de la présente invention. On suppose par exemple que l'instrument, bien qu'indiquant 0, est sur le point de passer à +1. Dans l'instrument de l'invention, l'intervalle d'intégration du signal analogique est multiplié par 5« Cette dilatation d'échelle au voisinage du zéro 30 se traduira donc par exemple par une indication de +4 correspondant à une valeur réelle un peu inférieure à +1. L'opérateur peut donc agir sur le bouton de remise à zéro pour afficher le zéro exact. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention resso'r-tiront de la description détaillée qui suit d'un mode de réalisation 35 et de la figure unique représentant un système de mesure à jauge de contrainte comportant un convertisseur-intégrateur analogique-numérique équipé d'un système de remise à zéro conforme au principe de l'invention. 72 06321 2 2126399 Le convertisseur-intégrateur analogique-numérique illustré est celui du brevet des E.U.A. n° 3 316 547 et se compose d'un générateur d'impulsions 11 qui alimente un compteur d'impulsions 12 à travers une porte ET 13. Le compteur 12 fournit une sortie numé-5 rique SN proportionnelle au signal analogique d'entrée. Le compteur 12 comporte en outre une sortie de débordement 10 (correspondant à un contenu supérieur à 100 000) et une entrée de remise à zéro 14. Le compteur 12 est constitué de cinq décades de comptage en cascade, ce qui lui permet de compter jusqu'à 99 999 (soit une plage de 10 mesure totale de 100 000) et fournit également une sortie 40 lorsque son contenu atteint 20 000. Un inverseur 41 déplaçable entre des contacts 42 et 43 permet d'appliquer l'une ou l'autre des sorties 40 et 10 à un programmateur 25. Lorsque l'inverseur 41 est sur le contact 42, ce qui correspond au mode normal, le fonctionnement du 15 convertisseur décrit jusqu'ici est sensiblement identique à celui du convertisseur analogique-numérique du brevet des E.U.A. n° 3 316 547 précité. La transmission des impulsions du générateur 11 au compteur 12 est commandée par la sortie d'un circuit intégrateur formé d'un 20 amplificateur opérationnel 15 ayant une résistance de contre-réaction 16 entre sa sortie et son entrée inversée, et d'une résistance 17 en série avec l'entrée inversée de l'amplificateur. L'intervalle de temps d'intégration est fixé par la période d'ouverture d'un interrupteur 18 qui shunte le condensateur 16. Ainsi, lorsque l'inter-25 rupteur 18 est fermé, le condensateur 16 est mis en court-circuit et le circuit intégrâteur est inhibé, c'est-à-dire qu'il ne fournit aucune sortie, même s'il reçoit un signal d'entrée. Par contre, lorsque l'interrupteur 18 est ouvert, le condensateur 16 est associé à l'amplificateur opérationnel 15 et le circuit intégrateur fournit 30 un signal de sortie proportionnel à l'intégrale par rapport au temps de son signal analogique d'entrée. La transmission des impulsions du générateur 11 au compteur 12 est conditionnée par le niveau de la sortie du circuit intégrateur, comparé à un seuil prédéterminé. Ainsi, la porte .13 laisse 35 passer les impulsions tant que la sortie intégrée s'écarte du niveau seuil dans un sens donné. La transmission des impulsions cesse si la sortie intégrée change de sens et atteint le niveau seuil ; le retour de la sortie intégrée au niveau seuil est commandé par l'application 72 06321 3 2126399 d'un second signal ou signal de. référence de polarité opposée à celle du premier signal d'entré^ à l'entrée du circuit intégrateur. TJn comparateur de niveaux 19 recevant la sortie de l'amplificateur d'intégration 15 fournit une impulsion de conditionnement 5 lorsque le signal intégré dépasse un seuil prédéterminé dans un sens donné, et cette impulsion est maintenue tant que le signal intégré n'est pas revenu au seuil prédéterminé en sens inverse. La sortie du comparateur 19 est appliquée à l'une des entrées de la porte ET 13. Ainsi, tant que dure l'impulsion de, sortie du compara-10 teur 19, les impulsions de comptage peuvent passer du générateur 11 au compteur 12. Par contre, la fin de l'impulsion du comparateur 19 bloque la transmission des impulsions du générateur 11 au compteur 12. Un premier signal de valeur inconnue est appliqué à l'entrée de l'amplificateur d'intégration 15, suivi d'un second signal connu 15 de polarité opposée au moment où le compteur 1 2 atteint sa capacité maximale. Le premier signal est fourni par une cellule de mesure 20 à jauge de contrainte, par l'intermédiaire d'un conditionneur de signal 44, le second signal étant fourni par une source de référence 21 . La cellule de mesure 20 est un exemple de transducteur fournis-20 sant un signal analogique de mesure, c'est-à-dire un signal analogique proportionnel à une force appliquée à la cellule. Un inverseur 22 ayant des contacts fixes 23 et 24 est relié à l'entrée inversée de l'amplificateur d'intégration 15. Les contacts 22 et 23 sont respectivement reliés à des bornes de polarités oppo-25 sées du conditionneur de signal 44 et de la source de référence 21. Les autres bornes du. conditionneur de signal et de la source de référence sont reliées en commun à la masse. Dans l'une de ses partions, l'inverseur 22 relie son contact 23 à l'entrée de l'amplificateur d'intégration 15 pour y appliquer le signal analogique de la 30 cellule de mesure, alors que dans son autre position, il relie le contact 24 à l'entrée de l'amplificateur d'intégration 15 pour y appliquer le signal de référence de la source 21 , avec une polarité opposée à celle du signal de mesure. L'inverseur 22 et l'interrupteur 18 sont tous deux commandés par le programmateur 25 dont une entrée 35 est sélectivement reliée par l'inverseur 41 soit à la sortie 10, soit à la sortie 40 du compteur 12. Le programmateur fournit également l'entrée de remise à zéro 14 au compteur 12. 72 06321 4 2126399 Le fonctionnement en mode normal est identique à celui du convertisseur du brevet des E.U.A. N° 3 316 547. Le signal analogique inconnu et le signal de référence connu sont alternativement appliqués (par l'inverseur 22) à l'entrée inversée de l'amplifica-5 teur d'intégration 15. Le signal inconnu est intégré sur un intervalle de temps donné, puis le signal de référence connu décharge le condensateur 16 jusqu'à ce que sa tension soit égale au seuil de détection du comparateur 19* Le générateur 11 fournit des impulsions au compteur 12 par l'intermédiaire de la porte ET 13 qui 1 0 qui est sélectivement validée et inhibée pour ne laisser passer les impulsions de comptage que pendant l'intégration du signal inconnu et du signal connu. L'interrupteur 18, lorsqu'il est ouvert, permet l'intégration de l'un des signaux d'entrée, et sa fermeture court-circuit e le circuit intégrateur. Le signal inconnu est tout d'abord 15 intégré pendant l'intervalle de temps connu nécessaire pour que le compteur 12 totalise 20 000 impulsions (sortie 40). Le compteur 12 est ensuite remise à zéro par le programmateur 25, puis le signal connu est intégré jusqu'à ce que le comparateur 19 détecte que la charge du condensateur 16 est revenue à son niveau seuil. La sortie 20 numérique SN du compteur 12 représente à cet instant la force qui est appliquée à la cellule de mesure 20. Plus précisément, la cellule de mesure 20 fournit un signal analogique proportionnel à cette force et le convertisseur le transforme en une indication analogique. * La sortie analogique de la cellule de mesure 20 île varie 25 généralement pas linéairement en fonction de la charge appliquée. Dans ce cas, la courbe de réponse de la cellule s'écarte dans le sens positif ou négatif de la réponse linéaire. L'emploi d'une boucle de réaction entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur d'intégration 15 permet de compenser pratiquement la non linéarité 30 du transducteur. Cette boucle de réaction comprend une impédance réglable en série entre la sortie et l'entrée de l'amplificateur 15 pour y réinjecter une partie du signal de sortie. Cette impédance comprend une résistance variable 26 et un sélecteur 27 à trois positions 28, 29 et 30. Le contact fixe 28 est relié à l'entrée 35 directe de l'amplificateur 15, le contact 29 est relié à l'entrée inversée de l'amplificateur 15 et le contact 30 n'est pas utilisé. Une résistance 31 relie l'entrée directe de l'amplificateur à la masse. 72 06B21 5 2126399 Dans la pratique, on commence par placer le sélecteur 27 sur le contact en l'air 30 et l'on détermine empiriquement si la sortie de la cellule de mesure 20 est linéaire ou non (dans le sens positif ou négatif) en plaçant des poids d'étalonnage sur la 5 cellule. Pour corriger un écart positif par rapport à une courbe de réponse linéaire, il faut placer le sélecteur 27 sur le -contact fixe 28. Inversement, pour une déviation négative, on placera le sélecteur 27 sur le contact 29. La valeur de la résistance variable 26 peut être de 30 à 50 fois celle des résistances égales 17 et 31 10 pour donner une plage de correction d'environ 3 La position du sélecteur 27 permet de réaliser une réaction positive ou négative et le choix du rapport de la résistance 26 à la résistance 17 ou de la résistance 26 à la résistance 31 permet de réinjecter entre 0 et 3 $ de la tension de sortie de l'amplificateur 15 vers son 15 entrée inversée (contact 29 fermé) ou vers son entrée directe (contact 28 fermé). On modifie la résistance 26 par une méthode empirique (poids d'étalonnage placés sur la cellule de mesure 20) jusqu'à ce que la sortie numérique SU soit sensiblement linéaire en réponse aux variations de la force appliquée. Ainsi, pour 20 prendre un exemple pratique, dans un système dont la capacité de pesée est de 5 000 kilos, un poids d'étalonnage de 2 500 kilos doit produire une sortie numérique SU correspondant à 2 500 et ion poids de 5 000 kilos doit produire une sortie numérique SU correspondant à 5 000. 25 le conditionneur de signal 44 comprend un amplificateur du signal de sortie de la cellule de mesure. Le réglage du zéro du. système de pesée s'effectue au moyen d'un circuit d'équilibrage 45 comportant un bouton manuel 46. Lorsqu'aucun poids n'est placé sur la cellule de mesure, l'opérateur agit sur le bouton 46 pour que la 30 sortie SIT du compteur 12 soit égale à zéro. En mode normal (inverseur 41 sur le contact fixe 42), le réglage initial du zéro au moyen du bouton 46 peut être imprécis du fait que pour un faible signal de sortie de la cellule de mesure, la sortie numérique SU peut être nulle, c'est-à-dire que son dernier 35 chiffre significatif peut être sur le point de passer à +1 ou à -1. La présente invention permet de limiter cette imprécison en dilatant la sensibilité au voisinage du zéro de l'échelle. Ainsi, en déplaçant 72 06321 6 2126399 l'inverseur 41 sur le contact 43, on multiplie par 5 la sensibilité. Comme décrit plus haut, en mode normal (inverseur 41 sur le contact 42), le signal inconnu de mesure est intégré sur un intervalle de temps correspondant au comptage de 20 000 impulsions. Par contre, 5 en mode remise a zéro (inverseur 41 sur le contact 43), le signal inconnu de mesure est intégré sur une période 5 fois plus longue qui correspond au comptage 100 000 impulsions (99 999 + 1 ). L'augmentation du temps d'intégration augmente dans un rapport d'1 à 5 la longueur de la première rampe du profil d'intégration, de 10 sorte que la durée du cycle de lecture est multipliée par 5. Le signal connu est intégré jusqu'à ce que le comparateur 19 détecte le retour de la charge du condensateur 16 au niveau seuil. Dans ces conditions, un léger écart du signal de mesure par rapport au zéro parfait se traduit par une valeur 5 fois pi-us grande de la 15 sortie numérique SU. Ainsi, par exemple, pour un écart de 100 kilos de la sortie de la cellule de mesure, le compteur 12 fournit une sortie SU correspondant à 500. Le mode remise à zéro n'est utilisé que pour la détermination du zéro de l'échelle. En service, la cellule de mesure 20 n'étant soumise à aucune 20 charge, l'opérateur amène le sélecteur 41 sur le contact 43 pour multiplier la sensibilité autour du zéro. Il agit ensuite sur le bouton de réglage 46 jusqu'à ce que la sortie numérique SU du compteur soit nulle. Cette méthode permet de fixer avec précision le zéro de l'échelle numérique d'indication. En effet, si en mode 25 normal l'indication numérique est nulle et si son dernier chiffre significatif est sur le point de changer, le fait de passer an mode remise à zéro (sélecteur 41 sur le contact 43) produit une sortie non nulle représentant le faible signal résiduel de la cellule de. mesure. L'opérateur peut alors corriger cette différence au moyen 30 du bouton d'équilibrage 46 (ce qui permet de compenser le signal de sortie de la cellule dans le conditionneur 44). Lorsque l'indication numérique est revenue à zéro, il suffit de replacer l'inverseur 41 sur le contact 42 pour passer en mode normal. Le convertisseur qui intègre un signal inconnu de mesure sur 35 un intervalle de temps prédéterminé et convertit cette intégrale en une représentation numérique, comprend un compteur d'impulsions 12 à deux sorties 10 et 40 correspondant chacune à un nombre prédéterminé 72 06321 7 2126399 (100 000 impulsions pour la première, 20 000 pour la seconde) pour définir des périodes longues et courtes choisies au moyen de l'inverseur 41. Au bout d'un temps donné, le compteur 12 est remis à zéro (entrée 14) puis totalise les impulsions de comptage pour fournir une représentation numérique de la force qui est appliquée à la cellule de mesure 20. Il va de soi que la description précédente n"est nullement limitative et que l'on pourra y apporter toutes modifications ou variantes entrant dans le cadre et dans l'esprit de l'invention. 72 06321 s 2126399 Revendications 1. Circuit de conversion analogique-numérique destiné à transformer un signal analogique d'entrée en une représentation proportionnelle numérique, ledit circuit étant caractérisé en ce 5 qu'il peut fonctionner soit en mode normal, soit en mode remise à zéro sous contrôle d'un sélecteur de mode, un dispositif de réglage du zéro permettant de rendre nulle avec précision,en mode remise à zéro,la sortie de représentation numérique. 2. Circuit selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il 10 comprend une commande manuelle permettant d'allonger la durée du cycle de lecti^re en mode remise à zéro. 3. Circuit selon la revendication 1 ou la revendication 2 caractérisé en ce qu'il comprend un transducteur fournissant un signal analogique représentatif d'une grandeur variable, et un 1 5 moyen de dilater la sensibilité du convertisseur au voisinage du zéro. 4. Circuit selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comprend un moyen d'intégrer un signal analogique inconnu sur un intervalle de temps connu et de convertir 20 ladite intégrale en une représentation numérique, un circuit de comptage d'impulsions ayant deux sorties qui correspondent à des nombres prédéterminés définissant respectivement des .intervalles d'intégration court et long. 5. Circuit selon la revendication 4 caractérisé en ce qu'il 25 comprend une commande manuelle pour choisir entre l'une ou l'autre desdites sorties. 6. Cirait selon la revendication 4 ou la revendication 5 caractérisé en ce que le circuit de comptage d'impulsions est remis à zéro au bout de l'intervalle de temps connu, puis totalise 30 des impulsions pour fournir ladite représentation numérique.