Brevet FR2122377A1 — publié le 19720901

La présente invention concerne les systèmes multiplicateurs de fréquence du type paramétrique permettant d'obtenir un signal dont la fréquence F estle produit de deux fréquences initiales et F^. Le dispositif multiplicateur de fréquence paramétrique, suivant l'invention 5 a pour but d1 obtenir avec une technique simple, un signal en fréquence directement exploitable par des éléments de comptage, des codeurs ou toute technique de traitement digital, dont la fréquence est égale au produit de deux fréquences élémentaires. Ces fréquences peuvent, par exemple, être représentatrices au travers de transducteurs digitaux (tels que des transducteurs mécaniques - électriques 10 digitaux de haute précision ou des alternateurs tachymétriqués) de grandeurs physiques analogiques. Le dispositif multiplicateur de fréquence paramétrique, objet de l'invention est constitué essentiellement d'un synthétiseur de fréquence électronique à système de "boucle asservie en phase" avec oscillateur à fréquence variable 15 commandé électriquement. La figure 1, en annexe, illustre à titre d1 exemple nullement limitatif, un mode de réalisation du dispositif conforme à la présente invention. Tel qu'il est représenté, le dispositif comporte un détecteur de phase 32, un filtre passe-bas 33, un oscillateur à fréquence variable commandé électriquement 34, un diviseur 20 programmable 31, un circuit de mise en forme 29, un convertisseur fréquence-digital 30, une base de temps 50. Le fonctionnement du mode de réalisation décrit s'explique de la manière suivante. L'un des deux signaux élémentaires, de fréquence Fj, par exemple, attaque directement l'une des deux entrées du.détecteur de phase 32. L' autre signal élémentaire, de fréquence F^ par exemple, mis en 25 forme par le circuit de mise en forme 29 est transformé en signal digital par l'ensemble convertisseur fréquence-digital 30, piloté par la base de temps 50. Le signal digital ainsi obtenu pilote lui-même le diviseur programmable 31 de manière à ce qu'il divise précisément la fréquence d'entrée fournie par l'oscillateur 34 par la fréquence F^- La sortie du diviseur programmable 31 est envoyée 30 sur la deuxième entrée du comparateur de phase 32. Le signal de sortie de ce comparateur de phase 32, après passage à travers le filtre passe-bas 33 commande électriquement la fréquence de l'oscillateur 34. Dans ces conditions de fonctionnement, l'oscillateur 34 se calera automatiquement sur une fréquence égale au produit des deux fréquences des signaux élémentaires F^, F2- 71 02913 2 2122377 A titre d'exemple, la fréquence F peut être représentative d'un poids et F^ représentatrice d'un prix unitaire à afficher : on obtient de la sorte un signal de sortie représentatif du prix exact de la matière pesée. Un tel ensemble a son intérêt évident dans le pesage commercial courant. 5 La figure 2, en annexe, illustre à titre d'exemple nullement limitatif, un mode d'application du dispositif conforme à la présente invention dans ce domaine du pesage continu industiel. Dans ce cas, l'emploi du dispositif objet de l'invention , permet la réalisation d'un peseur "paramétrique" , en opposition avec les techniques analogiques ou digitales connues. L'intérêt essentiel consiste alors 10 en la possibilité d'obtenir tin signal de sortie dont la fréquence est directement proportionnelle au produit du poids net défilant par la vitesse de défilement en utilisant uniquement des fonctions paramétriques. En particulier, dans le mode d'application envisagé, la vitesse de bande est donnée sous forme fréquentielle par un alternateur tachymétrique extrêmement 15 bon marché, qui ne sera plus assujetti à des contraintes de stabilité analogique, c'est-à-dire relatives à la tenue en température, (nécessité d'utiliser des cales magnétiques de compensation) au taux d'harmonique, à la linéarité. Seule la fréquence de sortie est alors utilisée et l'amplitude n' a plus aucune importance - ce qui rend possible l'utilisation d'alternateurs bon marchés. 20 D'autre part, l'absence de maillons analogiques dans la chaîne de condition nement du signal élimine les différentes contraintes sévères, en température, en stabilisation de tension en réjection de mode commun, et les limitations, dues aux facteurs de bruit du signal minimum détectable. La précision globale du système, est alors nettement améliorée ; les causes 25 cfedâaillances sont très diminuées et la maintenance se trouve nettement réduite. La nature fréquentielle même du signal de sortie permet des corrections de tarage très simples par utilisation de mélangeurs délivrant la différence des fréquences d'entrée appliquées. La mesure du poids s'effectue au moyen d'un transducteur mécanique-30 électrique digital de haute précision, dont on utilise ici à titre d'exemple nullement limitatif une version à cordes vibrantes. Ce transducteur est parfaitement compensé en température, grâce à l'utilisation d'un composé métallique spécial pour la corde vibrante et la mise sous tension à l'intérieur d'un bâti ayant le même coefficient de température que la corde vibrante ; l'adjonction d'une corde 71 02913 3 2122377 de référence permet une stabilisation parfaite du zéro, sans tare. Lors de la rrrse sous tension mécanique, l'erreur résiduelle en température pour ces transducteurs mécaniques-électriques digitaux de haute précision à — 8 cordes vibrantes, ne dépasse pas en valeur relative, 10 pour la stabilité du zéro —8 5 (variation relative de fréquence par degré centigrade) , et 2.10 pour la variation de la pente (variation de fréquence affichée par unité de tension en ISfewton appliquée par degré centigrade entre 1 % et 100 % du calibre) par corde de mesure. Ces performances sont donc au moins 1000 fois meilleures que pour les capteurs à jauges résistantes. 10 Dans le dispositif représenté schématiquement sur la Figure 2, le signal image de poids brut délivré par le transducteur en 25, est envoyé après soustraction du signal tare élaboré au travers de l'oscillateur 27, piloté par la prise de tare 37 et du signal de compensation en température délivré en 18, dans un comparateur 38, sur une des deux entrées du multiplicateur. Par ailleurs, un alter-15 nateur tachymétriqué 28 élabore un signal dont la fréquence est directement proportionnelle à la vitesse de défilement. Après passage dans le circuit de mise en forme 29 et le convertisseur fréquence-digital 30, ce signal commande le diviseur programmable 31 de sorte que la boucle asservie en phase constituée par le détecteur de phase 32, le filtre 20 passe-bas 33, et l'oscillateur 34 se cale sur une fréquence égale au produit de la fréquence de 1' alternateur tachymétrique et de la fréquence du signal image du poids net présent en 38. On élabore, de cette façon, un signal dont la fréquence est directement proportionnelle au débit instantané, compensé en température, de niveau en tension élevé (quelques volts)qu'il est aisé, ensuite, d'intégrer 25 dans un compteur électro-mécanique ou électronique 36, à travers tin diviseur 35. La Figure 3, en annexe, illustre, à titre d'exemple, nullement limitatif, un mode d'application du dispositif conforme à la présente invention dans 1' élaboration du signal de tare . Dans le dispositif représenté schématiquement sur la figure 3,1' élaboration du signal de tare au niveau de 37 s ' obtient de la façon 30 suivante : à partir du déclenchement d'un top de départ, la bande de transport étant à vide, on ferme le double interrupteur I. On compte au travers d'un compteur-décompteur 39 la fréquence du signal poids "à vide" détecté en 25 image du signal d'erreur ; le signe de comptage est déterminé par le comparateur 40 dont 1' état est défini par le signe du signal issu du mélangeur 25. 71 02913 4 2122377 Dans ce cas, la porte 41 est ouverte et la porte 42 est fermée. Lorsque le diviseur programmable fixe 43, attaqué par le signal 30 délivre une impulsion (équivalent d'un tour de bande) , alors la porte 42 s'ouvre, permettant au compteur 39 de se vider dans la mémoire 44, tandis que la porte 41' se ferme. Cette mémoire 44 5 programme le diviseur programmable 45 de façon semi-permanente. La nouvelle programmation du diviseur programmable 45 permet à la boucle asservie en phase de délivrer- au travers de l'oscillateur 46 un signal permanent dont la fréquence est représentative de la nouvelle tare. Ce signal est délivré en 37 vers l'entrée tarage du peseur (Figure 1). 10 La boucle asservie en phase est alors attaquée par une horloge 49 qui délivre la fréquence de tare maximale ; le rapport de division N est alors supérieur à 1. Du fait de l'utilisation de la technique paramétrique, faisant le produit entre deux fréquences, on obtient une précision excellente. La précision ultime 15 est définie par la partie digitale qui peut être aussi précise que l'on désire (il suffit d'accroître la complexité du montage). Le dispositif objet de l'invention peut être utilisé dans tous les cas où un produit direct de deux grandeurs doit être effectué à condition de transformer l'information liée à ces grandeurs en fréquence représentative de cette informa-20 tion. Le produit ainsi obtenu peut être celui de deux grandeurs indépendantes X.Y (X représentant par exemple un poids et Y une valeur de prix unitaire, ou encore Xreprésentant un poids et Y le défilement d'une bande, applications décrites plus haut) , d'une grandeur et du temps X.t, de deux grandeurs dont l'une dépend du temps X.Y (t), de deux grandeurs dépendant du temps X (t) .Y (t) 25 de deux grandeurs dont l'une dépend de 1' autre X.Y. (X). Dans ces expressions, la variable temps t peut-être remplacée par une variable quelconque Z. Une application particulièrement intéressante du dispositif objet de l'invention est l'obtention du produit X(t). X (t-?) ouX (t). Y (t - t), utilisés dans tous les dispositifs de corrélation. 30 La Figure 4 décrit plus en détail cette application. Dans cette figure, donnée à titre d'exemple nullement limitatif, on a représenté le dispositif multiplicateur de fréquence paramétrique sous la forme d'un bloc 51 disposant de deux entrées 52 et 53. Ce dispositif est suivi d'un convertisseur fréquence-analogique 54 dont la sortie est connectée à un filtre passe-bas 55, suivi lui-même d'un dispositif 35 de visualisation (oscilloscope ou indicateur) 56. L'une des deux entrées, 52 par 71 02913 5 2122377 exemple, est attaquée par un signal représentatif de la grandeur X (t) , après passage dans une ligne à retard 57. à retard variable et commandable électriquement , caractérisée par le retard variable**' . Un dispositif 59 permet d'afficher la valeur à chaque instant deX' . L' autre entrée 53 est attaquée directement par un signal représentatif de la grandeur X (t -«) ou Y (t -X) . Une partie du signal de sortie du filtre passe-bas 55 peut être utilisée pour commander le retardX' de la ligne à retard 57. Cette possibilité est représentée sur la figure 4 par la liaison en pointillés 58. En l'absence de la liaison 58, ou en boucle ouverte, l'ensemble fonctionne de la manière suivante, les signaux aux entrées du bloc multiplicateur paramétrique de fréquence 51 sont respectivement représentatifs des grandeurs X (t ) et X (t - T& ou Y (t - X). A la sortie du multiplicateur, le signal obtenu est représentatif de la grandeur X (t -X1 ) . X (t -T) ou X ( t -T.'). Y (t -t). Après conversion fréquence analogique et passage dans le filtre passe-bas, on observe sur le dispositif de visualisation une grandeur analogique représentative , par exemple, du produit X (t - X1 ). X (t - T). En faisant varier le retard V de façon continue, on peut alors tracer sur l'écran d'un oscilloscope 56 la courbe de corrélation. En présence de la liaison 58, ou en boucle fermée, l'ensemble fonctionne alors de la même façon que précédemment, exception faite du comportement de la ligne à retard. Dans ce fonctionnement, on impose au retardt' , commandé par le signal de sortie du filtre passe-bas, d'être égal à chaque instant au retard T. Autrement dit, on asservit le système sur le sommet de la courbe de corrélation. Cet ensemble permet alors de faire des mesures diverses dont on donne ci-dessous, à titre d'exemple nullement limitatif, une application à un débitmètre et une mesure de vitesse au défilement sans contact, sans électrodes, pour mesurer par exemple la vitesse de défilement d'un feuillard d'acier chaud, ou d'une bande de pâte à papier (encore molle) , d'un ruban de tissu, d'un débit d'eau libre ou sous tube, sans le moindre contact direct avec le produit qui défile , et sans repère en utilisant ces techniques. Deux capteurs d'irrégularités . de structure ( qui peuvent être deux cellules photoélectriques pour une variation de luminosité, ou de structure en "gra in" deux capteurs magnétiques pour une variation de structure magnétique , deux capteurs d'ionisations, ou capteurs auxiliaires, etc... ) sont alignés sur un axe parallèle au déplacement du produit, à une distance d 1 ' un de 1 ' autre. 71 02913 6 2122377 Us détectent, par exemple, les infimes variations de structure, telles que l'émission infrarouge d'un feuillard métallique, par exemple, à la sortie du laminoir. Le même signal infime, noyé dans un bruit de fond est enregistré par un premier capteur dont la sortie est ici le signal X (t) , puis par le deuxième capteur, avec un certain retardTdont la sortie est ici le signal X (t -*t). Ces deux signaux sont traités par l'ensemble électronique schématisé dans la figure 4 en boucle fermée. Le dispositif d'affichage 59 donne la valeur à chaque instant deT la vitesse ou le débit est alors simplement égal à d/C. Il est possible alors de rajouter un appareil électrique relativement simple qui affiche directement la vitesse ou le débit sur un cadran analogique ou digital. Le principe du multiplicateur de fréquence paramétrique , objet de 1 ' invention, n'est nullemait limitatif. En particulier, à la place du diviseur de fréquence programmable en 1/N, on peut placer dans les mêmes conditions un multiplicateur de fréquence programmable de la même façon en N. On obtient alors de façon analogue un diviseur de fréquence paramétrique de deux fréquences élémentaires et F^i dont la sortie est représentative de F^/F£■> si la fréquence F^ est celle utilisée pour programmer le multiplicateur et dans le cas inverse. 71 02913 7 2122377 REVENDICATIONS 1/- Multiplicateur de fréquence paramétrique caractérisé par l'emploi d'un synthétiseur de fréquence à système de boucle asservie en phase comprenant un comparateur de phase dont l'une des deux entrées est connectée à un dispositif fournissant un signal de fréquence dont la fréquence est représentative d'une 5 grandeur quelconque, suivi d'un filtre passe-bas dont la sortie pilote la fréquence d'un oscillateur à fréquence variable commandé électriquement ; le signal engendré par l'oscillateur constituant d'une part le signal de sortie du multiplicateur de fréquence paramétrique, et d'autre part étant en partie réinjecté à l'entrée d'un diviseur programmable dont le facteur de division est programmé par le 10 signal, après mise en forme et passage dans un convertisseur fréquence digital piloté par une base de temps, fourni par un deuxième dispositif et dont la fréquence F^ est également représentative d'une grandeur quelconque, le facteur de division étant par cette programmation, rendu égal à F^ ; le signal obtenu à la sortie du diviseur programmable étant réinjecté sur la deuxième entrée du comparateur de 15 phase de manière à constituer un système de boucle asservie en phase formée par le détecteur de phase, le filtre passe-bas, l'oscillateur et le diviseur programmable imposant une fréquence de fonctionnement de l'oscillateur et donc une fréquence pour le signal de sortie du multiplicateur de fréquence paramétrique égale au produit des deux fréquences élémentaires F , F . 1 ^ 20 2/ - Multiplicateur de fréquence paramétrique selon la revendication 1 caractérisé par le fait que les fréquences F^ et F^ élémentaires sont représentatives de deux grandeurs X, Y indépendantes. 3/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fréquences F^ et F^ élémentaires sont xeprésentatives 25 d'une grandeur X et du temps t. 4/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fréquences F^ et F^ élémentaires sont représentatives respectivement d'une grandeur X et d'une grandeur Y (t) dépendant du temps. 5/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon la revendication 1, carac-30 térisé par le fait que les fréquences F et F élémentaires sont représentatives 1 u respectivement de deux grandeurs X (t) et Y (t)dépendant du temps. 6/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon les revendications 1,4,5 71 02913 8 2122377 caractérisé par le fait que la variable temps peut être remplacée par une variable Z quelconque. 7/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fréquences et F^ élémentaires sont représentatives de 5 deux grandeurs X et Y (X) dont l'une dépend de 1' autre. 8/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les fréquences F^ et F^ élémentaires, sont représentatives de deux grandeurs X (t) et X (t - "C ). 9/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon la revendication 1, carac-10 térisé par le fait que les fréquences F et F élémentaires sont représentatives X b de deux grandeurs X(t)etY(t-fc). 10/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que les grandeurs indépendantes X et Y sont respectivement un poids de matière et un prix unitaire à afficher. On obtient de la sorte, un 15 signal de sortie représentatif du prix exact de la matière pesée, un tel ensemble ayant un intérêt évident dans le pesage commercial courant. 11/- Multiplicateur de fréquence paramétrique selon les revendications 1 et 2 caractérisé par le fait que les grandeurs indépendantes X et Y sont respectivement un poids de matière défilant sur une bande de transfert et la vitesse de 20 défilement de cette même bande. On obtient ainsi un signal de sortie produit de ces deux grandeurs, ayant un intérêt évident dans le pesage en continu. 12/- Multiplicateur de fréquence paramétrique, selon les revendications 1, 2, 8, 9, caractérisé par le fait que les grandeurs X (t) et X (t - Z ) ou X (t) et Y (t -Z) sont des grandeurs dont on désire obtenir la fonction de corrélation. 25 13/- Diviseur de fréquence paramétrique caractérisé par l'emploi d'un synthétiseur de fréquence à système de boucle asservie en phase comprenant un comparateur de phase dont l'une des deux entrées est connectée à un dispositif fournissant un signal de fréquence dont la fréquence est représentative d'une grandeur quelconque suivi d'un filtre passe-bas dont la sortie pilote la fréquence d'un 30 oscillateur à fréquence variable, commandé électriquement ; le signal engendré par l'oscillateur constituant d'une part le signal de sortie du diviseur de fréquence paramétrique, et d'autre part étant en partie réinjecté à 1' entrée du multiplicateur programmable dont le facteur de multiplication est programmé par le signal, après mise en forme et passage dans un convertisseur fréquence 71 02913 9 2122377 digital piloté par une base de temps, fourni par un deuxième dispositif et dont la fréquence est également représentative d'une grandeur quelconque, le facteur de multiplication étant, par cette programmation, rendu égal à F ; u le signal obtenu à la sortie du multiplicateur programmable étant réinjecté sur 5 la deuxième entrée du comparateur de phase de manière à constituer un système de boucle asservie en phase, formée par le détecteur de phase, le filtre passe-bas, l'oscillateur et le multiplicateur programmable imposant une fréquence de fonctionnement de l'oscillateur et donc une fréquence pour le signal de sortie du diviseur de fréquence paramétrique égale au rapport des deux fréquences 10 élémentaires F^/^.