Brevet FR2130322A1 — publié le 19721103

L'invention se rapporte à un procédé de.multiplication électronique de fréquence, particulièrement utilisable pour le conditionnement en vue d'un traitement digital ultérieur de signaux à fréquence variable reflétant le résultat de mesures, tels ceux engendrés dans les balances du type å corde vibrante Lorsqu'mule fréquence doit être mesurée par voie digitale, sa multiplication augmente la précision de la mesures si la durée de cette dernière est fixée à l'avance, ou inversement diminue la durée nécessaire pour une mesure devant ttre effectuée avec une précision déterminée. lies procédés de multiplication de fréquence connus reposent - soit sur une distorsion de non-linéarité du signal de fréquence fondamentale, suivie d'une sélection de l'onde harmonique désirée, soit sur l'utilisation d'un circuit du type dit "å phase bloquée" pour la régulation de la fréquence de sortie d'un oscillateur commandé en tension,-dont le signal de commande est formé par comparaison de la fréquence d'entrée avec la fréquence de sortie, divisée par le facteur de multiplication, au moyen d'un redresseur commandé en phase. (F.M. Gardner:Phaselock Dechniques; chapitre 8,3, Wiley, N.Y. 1966) Ces deux procédés ont comme inconvénient commun de nécessiter la mise en oeuvre d'une caractéristique de transfert semblable à celle d'un filtre passe-bande bien syntonisé, c'est-à-dire précisément accordé dans le premier cas en effet, tonde harmonique désirée est sélectionnée au moyen d'un filtre passe-bande, tandis que dans le second cas, toute ambiguïté relative au signal de sortie du redresseur commandé en phase est supprimée par limitation des variations de la tension de commande de ltoscillateur; en effet, une telle ambiguité ne permettrait pas de distinguer entre la fréquence à comparer et ses harmoniques d'ordre pair ou impair, selon le mode de réalisation du dispositif, ce qui aurait pour conséquence que le circuit de régulation ne pourrait pas s'accorder de manière précise sur la fréquence désirée. Or, une telle caractéristique passe-bande limite l'application de ces deux procédés connus à la multiplication de fréquences variant dans une gamme étroite Ces procédés connus ne peuvent donc satisfaire aux besoins des balances du type à corde, dans lesquelles la fréquence d'une corde vibrante est fonction du poids à peser et sert de mesure pour ce dernier, et par suite varie dans des limites étendues. La présente invention a donc pour objet de pallier cet inconvénient des procédés antérieurement connus en proposant un nouveau procédé permettant la multiplication de fréquences variant dans une large gamme. A cet effet, et conformément à l'invention, le signal dont la fréquence doit entre multipliée est préalablement converti en une-tension alternative en triangle symétrique de même fréquence, dépourvue de composante continue , qui est ensuite appliquée à une charnu de doubleursde fréquence ne présentant pas la caractéristique de transfert d'un filtre passe-bande. Un doubleur de fréquence adapté au traitement-d'une telle tension triangulaire symétrique peut autre simplement constitué par un redresseur linéaire à double alternance, qui fournit en sortie un signal triangulaire équivalent de fréquence double, auquel est superposé une tension continue. Cette tension continue peut entre séparée par un filtre passe-haut consécutif, qui détermine par ailleurs le comportement du doubleur de fréquence en régime transitoire. La limite supérieure du facteur de multiplication, et donc la longueur maximale de la channe de doubleurs defréquence,n'est en principe pas déterminée par le procédé, mais seulement par le bruit de phase dont le signal d'entrée est-entaché, qui doit demeurer inférieur à une période de la fréquence de sortie. Il est connu d'assurer le doublement de la. fréquence de signaux sinusoïdaux à l'aide d'un organe possédant une caractéristique de transfert quadratique, à la sortie duquel est fourni un signal sinusoïdal de fréquence double auquel est superposée une tension continue. lie procédé conforme à l'invention non seulement supprime tout besoin de courbe de réponse quadratique, mais au contraire fait emploi de signaux carrés initialement disponibles et faciles à transformer, ce qui n'est pas le cas pour les signaux sinusoïdaux. Lorsque le signal dont la fréquence doit être multipliée ne se présente pas sous la forme de créneaux rectangulaires, il par ailleurs connu de le mettre sous cette forme au moyen d'un amplificateur à seuil (comparateur, bascule de Schmitt) suivi d'un intégrateur. Toutefois, en cas de variations importantes de la fréquence du signal d'entrée, il convient de prévoir un réglage pour maintenir constante l'amplitude du signal triangulaire pour tirer meilleur profit des caractéristiques dynamiques du redresseur; dans ce cas, si chaque redresseur double la tension appliquée à son entrée, l'ensemble de la chatne de multiplication travaille à niveau de signal constant. le sign#al ainsi multiplié en fréquence est transformé à l'aide d'un amplifieateur à seuil en une tension rectangulaire susceptible de traitement digital ultérieur. Si l'amplitude du signal en triangle est maintenue constante par réglage, le signal multiplié en fréquence est susceptible autre transformé par exemple en un signal sinusoïdal par l'emploi d'organes à caractéristiques non linéaires appropriées. L'avantage essentiel du procédé conforme à l'invention est donc de permettre la multiplication de fréquences variant dans une large gamme. Ce procédé est en conséquence particulxerement utilisable pour le conditionnement des signaux à fréquence variable appliqués à l'entrée d'une installation de traitement digital de valeurs mesurées, application pour laquelle les procédés de multiplication antérieure connus ne sont utilisables-que si les fréquences d'entrée varient dans d'étroites limites, en-raison des caractéristiques de filtre passe-bande qui leur sont inhérentes. D'autres caractéristiques et avantages du procédé de l'invention apparaitront à la lecture de la description explicative qui va suivre de deux exemples de mise en oeuvre non limitatifs illustrés par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 donne le schéma-bloc d'un dispositif multiplicateur de fréquence constituant un premier exemple de mise en oeuvre de leinvention; - la figure 2 est un graphique montrant la forme de divers signaux intervenant dans le fonctionnement du dispositif de la figure 1; et - la figure 3 donne le schéma-bloc d'un autre dispositif de multiplication de fréquence comportant application de l'invention. La figure 1 montre qu'un signal sinusoïdal 1 est transformé en un signal carré ou en créneras rectangulaires au moyen d'un amplificateur à seuil 2, constitué par un simple comparateur. A partir de ce signal carré, un intégrateur 4 engendre une tension en triangle symétrique dépourvlede composante continue et de fréquence égale à celle du signal d'entrée. l'étage doubleur de fréquence-cons#écutif est constitué d'une part par un redresseur limiteur à double alternance 6 dont le signal de sortie 7 est une tension triangulaire symétrique de fréquence double accompagnée d'une tension continue superposée, et d'autre part par un filtre passe-haut 8 assurant la séparation de cette tension continue. lie signal de sortie 9 du premier étage doubleur de fréquence est appliqué à l'entrée d'un second étage doubleur 10-12, dont le signal de sortie 13 présente la même amplitude que le signal 9, grâce à une amplification intermédiaire de facteur 2.La chatne de multiplication de la fréquence travaille donc, en ce que concerne lesredresseum, à un niveau constant correspondant à celui du signal 9. La channe de multiplication de fréquence se termine par un comparateur 14, par lequel le signal de sortie triangulaire 13 à fréquence multipliée est transformé par exemple en un signal carré 15 de même fréquence permettant un traitement digital ultérieur. La figure 2 illustre le doublement de fréquence de la tension triangulaire U5 appliqué à l'entrée du redresseur linéaire à double alternance 6, de fréquence f5 et donc de période T5 = 1/f5. Les courbes U7 et Ug représentent respectivement les tensions de sortie du redresseur à double alternance 6 et du filtre passehaut 8, de période commune T9 = T5/2 et donc de fréquence f9 = 2f5. La figure 3 illustre l'utilisation d'un montage pour le réglage de l'amplitude de la tension triangulaire fournie en sortie de l'intégrateur 4, dans le cas de variations de fréquence importantas Ce montage comprend un organe régulateur R et un organe de réglage S. Par l'action de ces organes, l'amplitude de la tension triangulaire (par exemple 5) appliquée à l'entrée des étages doubleurs de fréquences 6-8, 10-12 est rendue indépendante de la fréquence du signal d'entrée 1, si bien que lesredresseurs à double alternance 6, 10 travaillent toujours en régime de cr8te, ce qui diminue considérablement le risque d'erreurs. Si l'amplitude du signal triangulaire est fixée à une valeur constante, le signal multiplié en fréquence peut être transformé par un organe à courbe de transfert non linéaire par exemple en un signal sinusoïdal. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et illustrés, qui non été donnés qu'à titre d'exemple. Au contraire, l'invention comprend tous les moyens constituant des équivalents techniques de ceux décrits et illustrés, considérés séparément ou en combinaison et mis en oeuvre dans le cadre des revendicationsqui suivent. - R E v E N-D I C A T I O g S 1.- Procédé de multiplication électronique de fréquence, utilisable notamment pour le conditionnement da signaux à fréquence variable appliqués à l'entrée d'un dispositif pour le traitement digital de valeurs mesurées, par exemple dans une balance du type à corde vibrante, caractérisé en ce que le signal à multiplier en fréquence est transformé en une tension triangulaire symétrique de m8me fréquence dépourvue de composante continue , qui est appliquée à une channe de doubleurs de fréquence n'ayant pas les caractéristiques d'un filtre passe-bande. 20- Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal à multiplier en fréquence est préalablement transformé en un signal carré, qui est converti en tension triangulaire par intégration consécutive. 3.- Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que l'amplitude du signal triangulaire d'entrée est maintenue par réglage à une valeur constante, lorsque la fréquence d'entrée varie sur une large gamme. 4.- Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que le signal multiplié en fréquence est transformé en une tension carrée en vue de son traitement digital ultérieur. 5.- Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le signal multiplié en fréquence est transformé en un signal sinusoïdal. 6.- Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte des doubleurs de fréquence chacun constitué par un redresseur linéaire à double alternance suivi d'un filtre passe-haut. 7. Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce que la tension triangulaire est engendrée par un amplificateur à seuil suivi d'un intégrateur. 8.- Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'amplificateur à seuil est un comparateur ou une bascule de Schmitt. 9.- Dispositif selon l'une quelconque des revendications 5 et 6, caractérisé en ce que le signal de sortie desdoubleurs de fréquence est transformé en signal sinusoïdal par un organe à caractéristique non linéaire