Brevet FR2123132A1 — publié le 19720908

L'invention est relative aux procédés pour l'étalonnage de capteurs capacitifs de pressions modulées et en particulier de microphones électrostatiques, en vue de déterminer la réponse desdits capteurs en fonction de la fréquence des variations de pression. Elle concerne plus particulièrement un procédé du genre dans lequel lesdites variations de pression sont simulées par des sollicitations électrostatiques appliquées à l'électrode mobile du capteur. On connait déjà des procédés et es appareils de ce genre dans lesquels les sollicitations électrostatiques sont obtenues à l'aile d'une électrode dite " grille d'entraînement " que I'on place vis-à-vis et à faible distance de l'électrode mobile ou membrane apres avoir s'il y a lieu enlevé le capot de protection de ladite membrane et à laquelle on applique relativement à ladite membrane une tension ondulée de valeur moyenne 2, de valeur de crête e et de pulsation W variable et connue. On sait que la sollicitation alors exercée sur l'électrode mobile par l'action de la grille d'entraînement peut hêtre considérée comme résultant de la somme de trois composantes respectivement définies par les équations : 2 2 F1 = E (E + e ) (1) F2 = K. 2 Ee sin co t2 (2) 2 F3 = K. e cos 2fiot (3) 2 dans lesquelles E est la valeur moyenne, en volts, de la tension d'excitation, e est la valeur de crête en volts, CO est la pulsation, t est le temps en secondes, et K est un coefficient qui exprime la relation dans laquelle S est la surface en regard des électrodes, en cm2, d est leur distance en cm. La composante F1, qui impose à l'électrode mobile sa position moyenne n1 influe pas, en première approximation, sur son mouvement oscillatoire et par conséquent sur le signal de sortie du capteur. La composante F3 provoque une distorsion lu mouvement oscillatoire et du signal de sortie que llon peut négliger dans le cas général où e est petit devant E. La composante F2 est donc en principe la seule qui contribue sensiblement au signal de sortie du capteur et l'on peut régler les paramètres de ladite composante, et a fortiori ceux des ondes acoustiques simulées, par la valeur des paramètres de la tension ondulée de simulation. Lesdits procédés et appareils de l'art antérieur présentent cependant de réels inconvénients. En particulier - la grille d'entraînement et l'électrode mobile doivent être très poches et l'on est obligé de démonter au préalable le capot de protection du capteur, d'où perte de temps et moiification de l'impédance acoustique couplée à l'électrode mobile, - la grille d'entraînement, bien qu'elle soit perforée, apporte une modification supplémentaire à ladite impédance acoustique, - la distance moyenne entre la grille et l'électrode mobile considérablement sur les résultats il est indispensable, si l'on veut que ceux-ci soient fidèles, d'imposer lors de la réalisation du dispositif l'étalonnage et des moyens d'arrimage du capteur sur le dispositif des exigences sévères en ce qui concerne la précision de réalisation, - du fait des sollicitations statiques dues à la composante Fl, la position moyenne de l'électrode mobile en cours d'étalonnage est différente e la position moyenne en cours d'utilisation. L'invention a pour objet de fournir un procédé d'étalonnage du genre en question et un dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé - qui évitent l'emploi d'une électrode auxiliaire perturbatrice, - qui permettent l'étalonnage de capteurs en position et en ordre de marche, et, s'il y a lieu, à distance en utilisant les voies normales de branche ment du capteur. Dans le procédé selon l'invention, on applique entre les deux électrodes du capteur la tension ondulée dont la valeur moyenne, l'amplitude de crête et la fréquence permettent de reproduire l'action des ondes acoustiques a simuler, on module en fréquence une tension alternative haute-fréquence par les variations de capacité du capteur dues aux déplacements de l'électrode mobile du capteur sous l'action de la tension ondulée et lton détecte la composante basse fréquence de la tension haute-fréquence modulée, composante caractéristique de la réponse du capteur. Le dispositif d'étalonnage selon l'invention comprend - un générateur de tension ondulée basse fréquence et des circuits pour appliquer ladite tension ondulée entre les électrodes du capteur, - un générateur de tension alternative haute fréquence et des cir puits pour appliquer ladite tension haute-fréquence entre les électrodes du capteur et pour moduler en fréquence ladite tension haute-fréquence par les variations de capacité du capteur, - un filtre passe-bas inséré entre le générateur de tension ondulée basse fréquence et le capteur pour bloquer la tension alternative haute fréquence vers ledit générateur, - un filtre passe-haut inséré entre le générateur de tension alternative haute-fréquence et le capteur pour bloquer la tension ondulée basse fréquence vers lendit générateur, - un détecteur relié aux circuits le modulation de la tension hautefréquence et délivrant un signal correspondant a la composante basse-fréquence de ladite tension modulée, - un dispositif d'affichage dudit signal. On donne maintenant des exemples de mise en oeuvre du procédé selon l'invention et de réalisation du dispositif pour la mise en oeuvre dudit procédé en se reportant aux figures suivantes - la figure 1 est un schéma succinct du dispositif de l'invention. - la figure 2 est un schéma d'une forme de réalisation. 3ans la figure 1 l'une des électrodes 11, par exemple l'électrode mobile, du capteur ou microphone 10 à étalonner est reliée, d'une part, par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas 13 à un générateur 12 de tension ondulée basse-fréquence à fréquence variable éventuellement équipé d'un dispositif automatique de balayage de fréquences d'autre part, par l'intermédiaire d'un filtre passe-haut 15, à un générateur de tension alternative haute-fréquence 14.Ladite tension haute fréquence, modulée par les variations de capacité du capteur 10 dont ltélectrole mobile est commandée par la tension ondulée basse fréquence, est détectée par un détecteur 16 et le signal basse fréquence extrait, caractéristique de la réponse du capteur, est traité par une chaîne d'amplification 1? et dirigé en 18 vers les dispositifs d'affichage ou d'enregistrement. Le filtre 13 bloque le passage vers le générateur 12 du courant hautefréquence issu du générateur 14, et le filtre 15 bloque le passage vers le générateur 14 du courant ondulé délivré par le générateur 12. On se réfère à la figure 2 relative à un exemple non limitatif de réalisation. On y retrouve, sous les mêmes repères, les éléments de la figure 1. Le générateur 14 comporte une self 141 qui constitue avec le capteur 10 et un condensateur ajustable 142 un circuit accordé dont on peut faire varier la fréquence d'oacillation par le jeu dudit condensateur 142. Le filtre passe-bas 13 est une self le choc 131 découplée par un condensateur de faible capacité 132. Le filtre passe-haut 15 est un conden- sateur. A titre d'exemple, on indique que le générateur haute-fréquence est accordé sur 80,7 llz et que le générateur 12 délivre un courant ondulé dont on peut régler la tension moyenne entre O et 500 volts, la tension crête-à-crête entre 0 et 10 volts et la fréquence entre 10 hertz et 100 kilohertz. La tension haute-fréquence issue de la self 141 est modulée en fréquence par les variations de capacité du capteur 10. Le dispositif de détaction 16 comporte - un amplificateur 161 accordé sur 80,7 Mhz et traitant la tension haute fréquence issue de la self 141 modulée par le capteur 10, - un oscillateur 162 réglé sur 70 Mhz, - un mélangeur 163 donnant en sortie, à partir des tensions délivrées par l'amplificateur 161 et l'oscillateur 162, une tension moyenne fréquence à 10,7 Mhz, - un amplificateur-limiteur 164 suivi d'un discriminateur 165 du genre connu, suivi d'un amplificateur basse-fréquence non représenté et des appareils d'affichage ou d'enregistrement. On remarquera que l'invention permet l'étalonnage de chaines de mesures équipées de capteurs capacitifs avec un matériel simple et peu coûteux lorsque lesdites chaînes sont à fréquence porteuse. En effet, le générateur 14 et le démodulateur 16 sont alors déjà intégrés dans de telles chaines et le matériel nécessaire, dans ce cas particulier, est réduit au générateur de tension ondulée 12 et au filtre 13 que l'on connecte aux bornes du capteur 10 et au filtre 15 que l'on insère entre le générateur 14 et le capteur 10. REVER CATIONS 1 - Procédé d'étalonnage par entraînement électrostatique de capteurs capacitifs dans lequel une tension basse-fréquence modulée de valeur moyenne d'amplitude de crête et de fréquence convenables pour reproduire l'action des ondes acoustiques à simuler est appliquée à l'électrode mobile du capteur à étalonner, caractérisé en ce que ladite tension modulée bassefréquence est appliquée entre les deux électrodes du capteur, que les variations de capacité dudit capteur sous l'effet de ladite tension modulée sont utilisées pour moduler en fréquence une tension haute fréquence, que l'on détecte la composante basse-fréquence de ladite tension haute-fréquence modulée et Wue l'on mesure la valeur do ladite composante basse-fréquence. 2 - Dispositif d'étalonnage par simulation de capteurs capacitifs de pression modulée carâctrisé en ce qu'il comporte - un générateur de tension ondulée basse-fréquence et des circuits pour appliquer ladite tension ondulée entre les électrodes du capteur à éta lonner. - un générateur le tension alternative haute fréquence, des moyens pour appliquer ladite tension haute-fréquence entre les électrodes du capteur et des moyens pour moduler en fréquence ladite tension haute-fréquence par les variations de capacité dudit capteur sous lteffet de ladite ten sion ondulée basse-fréquence. - un filtre passe-bas inséré entre le générateur de tension ondulée basse fréquence et le capteur à étalonner. - un filtre passe-haut inséré entre le générateur de tension alternative haute-fréquence et le capteur à étalonner. - un détecteur connecté aux circuits de modulation de la tension haute fréquence et délivrant un signal fonction de l'amplitude de modulation. - un dispositif d'affichage dudit signal. 3 - Dispositif d'étalonnage par simulation d'une chaine de mesure qui comporte un capteur de pression capacitif, un modulateur haute-fréquence et un démodulateur, caractérisé en ce qu'il comporte un générateur de tension ondulée basse-fréquence attaquant les électrodes du capteur par l'intermédiaire d'un filtre passe-bas ainsi qu'un filtre passe-haut que l'on insère entre le modulateur et le capteur.