Brevet FR2135332A1 — publié le 19721215

L'invention est relative à une installation pour la mesure de la vitesse d'un corps qui se déplace parallèlement à une surface qui présente une propriété superficielle variant d'un emplacement à l'autre , laquelle installation comporte un conver-5 tisseur antérieur et un convertisseur postérieur, pour produire deux suites de grandeurs électriques qui correspondent à la propriété considérée de la surface en deux emplacements, circulant avec le corps et situés à une certaine distance l'un de l'autre suivant la direction du déplacement, un dispositif tern-10 porisateur à retard réglable pour la grandeur provenant du convertisseur antérieur, un montage multiplicateur pour multiplier la grandeur retardée du convertisseur antérieur et la grandeur non retardée du convertisseur postérieur, un filtre passe-bas raccordé à la sortie du montage multiplicateur, un montage de commanda 15 pour régler le retard du dispositif temporisateur à une valeur qui correspond à la coïncidence dans le temps, aux deux entrées du montage multiplicateur des deux grandeurs issues successivement du même emplacement de la surface, et au moins un dispositif indicateur qui, par suite du temps de retardement et de la 20 distance des deux emplacements,indique la vitesse relative correspondante et /ou le chemin parcouru à partir d'un emplacement donné* Une installation de mesure de ce genre est décrite dans 1g brevet anglais n" 964.581. Elle comporte, pour convertir les 25 irrégularités de la surface en valeurs électriques . appropriées, deux convertisseurs photoélectriques qui délivrent une tension correspondant au pouvoir réflecteur en chaque emplacement de la surface éclairée. Pour retarder l'une des tensions, on utilise une bande magnétique ou un tambour magnétique, tournant en per-30 manence, associé à une tête d'enregistrement et à une tête ds lecture sur la même piste* Pour faire varier le retard, on fait varier soit la distarce des deux têtes, soit la vitesse de défilement du support msgRêt;l-= que d'information. Lorsque la vitesse de défilement du support 35 magnétique d'information entre les deux têtes est égale à la vitesse de circulation d'un emplacement de la surface entre les deux capteurs, on obtient à la sortie du filtre passe-bas un maximum du signal. Un dispositif û 72 16131 2 2135332 Mais il est préférable de ne pas effectuer le réglage sur un maximum mais sur un passage par zéro du signal de sortie du filtre passe-bas. A cet effet, dans le brevet précité, on retarde le signal du capteur antérieur de deux temps différents, 5 peu différents l'un de l'autre, on multiplie chacun des deux signaux retardés par le signal du capteur postérieur, on forme la différence des signaux qui apparaissent à la sortie des filtres passe-bas, montés à la suite des montages multiplicateurs, et on règle le retard de telle manière que cette différence ten-10 de vers zéro. Dans les deux cas le dispositif temporisateur constitué une machine encombrante, compliquée et sujette à des pannes. Selon une autre proposition, ne faisant pas partie de l'état antérieur de la technique (demande de brevet France n® 72 15 15 751 du S mai 1972_ , demande de brevet Suisse n" 6464/71 du 4 mai 1971 du même déposant) on utilise un dispositif temporisateur dépourvu de pièces mobiles, à savoir un registre à circulation ou à décalage. On produit alors deux suites d'impulsions électriques de même fréquence variable, dont les ampli-20 tudes varient en fonction des variations de la propriété • considérée en chacun des emplacements de la surface. La suite d'impulsions provenant de l'emplacement antérieur est retardée inversement proportionnellement à la fréquence, après quoi lés impulsions retardées et celles de l'autre suite d'impulsions 25 sont multipliées deux à deux et la fréquence des suites d'impulsions est modifiée de telle manière que la valeur moyenne par rapport au temps du produit prenne la valeur qui correspond à une concordance dans le temps des deux grandeurs,.issues successivement du même emplacement de la surface, aux deux entrées du 30 montage multiplicateur. Dans un premier mode de réalisation de l'installation ainsi proposée, le réglage s'effectue sur le maximum à la sortie du filtre passe-bas. Ceci exige un dispositif de réglage à recherche de maximum, coûteux, et ne fournit un réglage correct que 35 lorsque la caractéristique de réglage est symétrique au voisinage du maximum. Dans un second mode de réalisation de cette demande de brevet, le réglage s'effectue sur le passade par zéro de la grandeur de sortie du filtre passe-bas. Ce mode de réalisation compor-40 te un dispositif temporisateur à deux sorties pour deux temps de 72 16131 3 2135332 retard, qui ne sont que peu différents l'un de l'autre, ce qui exige deux montages multiplicateurs et deux filtres passe-bas» L'installation conforme à l'invention est beaucoup plus simple, elle est caractérisée en ce que, dans la liaison entre 5 chaque convertisseur et le montage multiplicateur est monté un filtre, dont les caractéristiques de fréquence sont différentes et sont choisies de telle manière que la valeur obtenue à la sortie du filtre passe-bas. . passe par zéro lorsque le temps de retard du montage temporisateur est égal au temps nécessaire, à 10 l'instant de la mesure, pour parcourir la distance précitée. Les filtres peuvent travailler, soit avec des valeurs continues, soit avec des valeurs discrètes. Pour des valeurs continues, les deu* filtres sont agencés de telle manière que les transformées de Fourier H^(o)) et 15 HgCw) de la réponse impulsionnelle satisfont à l'équation suivante : H^(w).H2(W) = -H^(-fa)).H2(-u) dans laquelle H^(w) est la grandeur complexe conjuguée de Pour des valeurs discrètes, entre chaque convertisseur d'é-20 nergie et le filtre correspondant est monté un dispositif d'exploration qui transforme les valeurs continues de tension obtenues à la sortie du convertisseur d'énergie en valeurs discrètes de tension. Celles-ci sont converties ensuite, dans un convertisseur analogique digital, en valeuss digitales qui sont, en 25 particulier, exprimées en mots de code binaires. Les filtres sont alors adaptés à des grandeurs discrètes et leurs transformées en Z des réponses impulsionnelles (z) et (z)sont choisies de telle manière qu'elles satisfont à l'équation suivante : Hl 30 dans laquelle z ® exp(-sT ), s étant la grandeur 6* + ju de la 3- transformation de Laplace et Ta l'intervalle d'exploration. L'invention est expliquée plus en détail ci-après à l'aide de certains de ses modes de réalisation, pris à titre illustratif mais nullement limitatif, en se référant aux dessins annexés dans 35 lesquels : - la figure 1 représente une installation de mesure de vitesse dans laquelle les grandeurs $e présentent sous forme de grandeurs continues analogiques , - les figures 2 et 3 représentent deux caractéristiques des 40 valeurs , présentes-à la sortie d'un filtre passe-bas de la figu- 72 16131 4 2135332 - les figures 4 et 5 représentent deux montages de filtres, - la figure 6 représente une installation de mesure de vitesse dans laquelle les grandeurs se présentent sous forme de grandeurs discrètes , 5 - la figure 7 représente une variante du montage de la figu re 6 , - les figures 8 et 9 représentent deux montages de filtres pour valeurs discrètes. La figure 1 représente un schéma de principe d'une instal-10 lation de mesure, prévue par exemple pour la mesure de la vitesse d'un véhicule sur rails. On a désigné par 1 la surface supérieure d'un rail ; le reste de l'appareillage est monté sur le véhicule et se déplace avec celui-ci de droite à gauche à la vitesse v. • 2 et 3 désignent des sources de lumière qui éclai-15 rent la surface supérieure 1 du rail. Deux emplacements ainsi éclairés 6 et 7 forment une image , à travers les systèmes optiques 4 et 5, sur les convertisseurs photo-électriques 8 et 9, par exemple les photodiodes. Aux sorties des convertisseurs photoélectriques il se produit des tensions qui ont le caractère 20 de bruits, qui dépendent des propriétés optiques de la piste de surface explorée. Du fait que les emplacements 6 et 7 se trouvent sur la même piste, les formes des tensions aux sorties des deux convertisseurs photo-électriques sont à peu près les mêmes, mais la tension à la sortie du convertisseur postérieur 9 25 est déphasée en arrière du temps T mis par le véhicule pour parcourir un trajet jt égal à la distance des deux parties de surface 6 et 7 . On a désigné par 18 et 19 deux filtres de caractéristiques de fréquences différentes et par 12 un dispositif temporisateur 30 qui retarde le signal provenant de la sortie du filtre 18 d'un temps t . Ce temps peut être modifié à l'aide d'une tension de commande transmise par la ligne 13. Les valeurs, à la sortie du filtre 19 et du dispositif temporisateur 12, sont multipliées l'une par l'autre dans le 'multiplicateur 14. A la sortie de ce 35 montage on dispose d'une valeur qui est proportionnelle au produit des valeurs à ses deux entrées; cette valeur est acheminée, à travers un filtre passe-bas 15, à un circuit de commande 16 à la sortie duquel est raccordée la ligne 13 déjà mentionnée. Si les montages 18 et 19 étaient des amplificateurs li-40 néaires à gain indépendant de la fréquence, la tension à la sortie 72 16131 5 2135332 du filtre passe-bas 15 serait la fonction d*inter-corrélation des fonctions représentées par la tension du convertisseur photoélectrique 9et par 3a tension retardée par ]e dispositif temporisateur. 12, à la sortie du convertisseur photoélectrique 8. On sait que 5 cette fonction présente un maximum (figure 2) lorsque le temps de retard f est égal au temps de parcours T de l'appareil de mesure pour la distance _1 séparant les deux emplacements 6 et 7, c'est-à-dire X= T = 1/v . Grâce à l'introduction des filtres 18 et 19, on obtient, à 10 la sortie du filtre passe-bas 15, une tension fonction du temps de retard ? selon la figure 3. Il y a lieu de souligner qu'aussi bien la figure 2 que la figure 3 sont valables pour 'âne-vitesse v»l/T déterminée. On peut montrer par le calcul que la caractéristique de la 15 figure 3 se présente lorsque les filtres 18 et 19 ont des caractéristiques de transmission différentes, fonctions de la fréquence, de telle manière que leurs transformées de Fourier de leurs réponses impulsionnelles H^(w) et H2(oO satisfont à l'équation suivante : 20 H^(w) • H2(w) * —(—M}*Hg(—(»>) dans laquelle (w) est la transformée de Fourier complexe conjuguée de la réponse impulsionnelle du réseau de transmission 18 et H2(w) la transformée de Fourier de la réponse impulsionnelle du réseau de transmission 19. et H2 sont des fonctions complexes® 25 Une paire de réseaux de transmission, qui satisfait à l'é quation ci-dessus, présente des transformées de Fourier de réponses impulsionnelles î 1 H« (to) = 1 1 + ju)RC et 30 H (ùsï - 3fa)RC H2(w) ~ -i + jojRC Deux montages qui satisfont à ces équations sont représentés s«r les figures 4 et 5. On a désigné par 21 et 31 des amplificateurs opérationnels, c'est-à-dire des amplificateurs réversibles à lar» 35 ge bande et à gain élevé, par 22et 32 des résistances de valeur R qui relient chacune des sorties à chacune des entrées d ' u'i amplificateur, par 23 et 33-des résistances de même valeur R montées chacune entre l'entrée. d'UR. montage 31 1.®eatrée de 2,:simplificateur opérationnel correspondait. . Si les résistances 23 et 40 33 ne sont pas égale*- à R n».J,3 à «Rj . ssiïl le gais varie dans la 72 16131 e 2135332 rapport 1 /a. Peu importe celui des deux réseaux de transmission qui est utilisé comme réseau 18 et celui qui est utilisé comme réseau 19. La mise en oeuvre des deux réseaux 18 et 19 a pour action 5 que dans le cas où T, la tension à la sortie du filtre passe-bas 15 tend vers zéro et que dans le cas où T>T elle prend la polarité opposée à celle correspondant au cas où x L'installation de la figure 1 demande un dispositif temporisateur 12 pour tensions continues analogiques, qui est difficile à fabriquer. Cette difficulté peut être éliminée par quantifi-15 cation dans le temps. Cette quantification s'effectue par exploration des tensions délivrées par les convertisseurs d'énergie 8 et 9 à des intervalles de temps ' constants. Les impulsions modulées en amplitude peuvent soit continuer à être traitées comme telles, soit être transformées en valeurs digitales, notam-20 ment en une combinaison de valeurs binaires. La figure 6 montre un montage comportant une conversion analogique/digitale suivie d'un traitement digital. Les parties désignées par 1 à 9 sont réalisées de la même manière et ont la même signification que sur la figure 1. 25 On a désigné par 48 et 49 deux convertisseurs analogiques/ digitaux qui explorent les tensions obtenues à partir des convertisseurs photoélectriques 8 et 9 et les transforment en une valeur digitale, généralement exprimée sous forme binaire, correspondant à l'amplitude instantanée de la tension explorée»50 et 51 30 sont deux filtres digitaux, dont les fonctions correspondent à celles des réseaux de conversion 18 et 19 et qui seront décrits plus en détail ci-après. 52 est un registre à circulation qui retarde les valeurs digitales reçues, en série ou en parallèle, du filtre 50 et qui les transmet au multiplicateur 54. Ce regis-35 tre est décalé par une suite permanente d'impulsions qui lui sont appliquées par la ligne 53. Le temps T, nécessaire à un mot de code pour passer de l'entrée à la sortie du registre à circulation, dépend de la fréquence f = 1/T des- impulsions reçues sur St la ligne 53 et de la longueur du registre à circulation . Dans 40 ces conditions, le registre à circulation assume la fonction du \ 72 16131 7 2135332 dispositif temporisateur 12 à retard variable. 54 est un multiplicateur, qui fait le produit de la valeur obtenue à la sortie du registre à circulation 52 et de celle obtenue à la sortie du réseau digital de conversion 51. Une telle multiplication s'ef-5 fectue pour toutes les valeurs qui apparaissent simultanément à la sortie du registre à circulation 52 et à la sortie du filtre 51. Dans le montage de la figure 6, un filtre passe—bas 55 pour valeurs discrètes, par exemple un filtre passe-bas digital, dé-10 livre à sa sortie une valeur dont la forme, en fonction du retard et pour une valeur prédéterminée de T, est représentée sur la figure 3. On a désigné par 56 un générateur d'impulsions dont la fréquence, pour une valeur positive à la sortie de l'intégrateur digital 55 croît et pour une valeur négative en cet endroit 15 décroit. Le registre à circulation 52, le multiplicateur 54, l'intégrateur 55 et le circuit de commande 56 constituent un circuit de régulation dans lequel la fréquence du générateur d'impulsions est réglée de telle manière que le temps de retard -r soit égal au temps de parcours T. 20 Le circuit de commande 56 est décrit lui aussi plus en dé tail dans la demande de brevet mentionnée ci-dessus. La position du filtre 50 et du registre à circulation 52 peuvent naturellement être interverties. Pour le cas des valeurs discrètes, comme on l'a déià dit, 25 les transformées en z de la réponse impulsionnelle H^(z) ou H2(s) des deux filtres doit satisfaire à l'équation suivante : h^zj.h^i) = - h 1(-|) . h2(z) Une paire de filtres qui satisfait à cette condition est représentée sur les figures 8 et 9. Elle satisfait aux équations : 30 Yt(k) « -q Y1(k-1) + X^k-1) + X1(k) Y2(k) « q [Y2(k-1) - X2(k-1) + X2(k)] dans lesquelles les valeurs désignées par l'indice 1 se rapportent au premier filtre, celles désignées par 1?indice 2 se rapportent au second. X(k) désignent les k-ièmes valeurs aux entrées 35 des filtres , X(k-l) les valeurs d'entrée qui les précèdent. Y(k) et Y(k-l) désignent d'une manière correspondante les valeurs actuelles ou précédentes de sortie. Deux valeurs, pour lesquelles les valeurs de k diffèrent de m apparaissent au même emplacement a un intervalle de temps égal à m.T . 40 Un premier filtre d'une paire de filtres pour valeurs dis 72 16131 8 2135332 discrètes satisfaisant à la première équation ci-dessus est représentée sur la figure 8. Son entrée 60 est reliée à un montage temporisateur 61 qui retarde la valeur X.(lc) de T . A sa sor- X d tie est raccordée une entrée d'un montage additionneur 62. Une 5 seconde entrée de ce montage reçoit le signal d'entrée X^(k). La sortie du montage additionneur délivre le signal de sortie qui est retardé de T dans le montage temporisateur 63 et est ensuite â multiplié par une constante q dans le montage 64, et est appliqué àune troisième entrée du montage additionneur 62. 10 La figure 9 représente le second filtre de la paire de fil tres. La valeur X~(k) de l'entrée 70 est retardée de T dans le 2 a circuit temporisateur 71, est multipliée par -1 et est appliquée à une entrée du montage additionneur 72. Une seconde entrée de ce montage est reliée à l'entrée 70. Là sortie du montage addi-15 tionneur est multipliée par q dans le montage 73 et retardée ensuite de T dans le montage 74. La sortie du montage 73 fournit Si la valeur Ygtk), tandis qu-'à la sortie du montage temporisateur 74 apparaît la valeur Y^ïk-l). Celle-ci est ramenée à une troisième entrée du montage temporisateur 72. 20 Les sorties de filtres peuvent aussi être raccordées aux sorties des circuits temporisateurs 63 et 74 et apparaissent avec un temps de retard par rapport au raccordement représenté sur la figure. Dans la description, on a supposé que les montages d'explo-25 ration 48 et 49 contenaient des convertisseurs analogiques/digitaux et que le traitement ultérieur des valeurs s'effectuait sous forme digitale* Dans ces conditions, les combinaisons binaires qui représentent les valeurs peuvent, d'une manière connue, apparaître en parallèle sur un certain nombre de fils ou en 30 série sur un même fil. Les montages d'exploration 48 et 49 peuvent cependant aussi fournir des impulsions modulées en amplitude qui sont ensuite traitées comme telles . Enfin les filtres des figures 4 et 5 peuvent être conçus pour des valeurs continues et être montés en amont des dispositifs 35 d'exploration 48 et 49, comme le montre la figure 7 qui consti-tue un extrait de la figure 6 avec une autre disposition. Il y a lieu de souligner en particulier que les filtres décrits en détail ici ne constituent qu'une paire particulière de filtres appropriés, mais qu'il en existe de nombreux autres qui satis-40 font aux équations générales indiquées ci-dessus . 72 16131 9 2135332 Dans le procédé et dans le dispositif décrits ci-dessus, le corps (installation de mesure) peut être fixe et la surface, par exemple la surface d'un matériau, notamment d'un produit laminé, se déplacer. Inversement le corps peut se déplacer, par exemple être constitué par un véhicule portant 1'appareil de mesure de vitesse, et la surface être immobile, par exemple être constituée par la surface de roulement d'une voie de chemin de fer ou par une surface le long de laquelle se déplace ua véhicule muni de roues ou dépourvu de roues, par exemple un véhicule terrestre ou nautique sur coussin d'air. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux des modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés ; elle en embraèse, au contraire, toutes les variantes • 72 16131 10 2135332 REVENDICATIONS 1. Installation pour la mesure de la vitesse d'un corps qui se déplace parallèlement à une surface qui présente une propriété superficielle Variant d'un emplacement à l'autre, la- 5 quelle installation comporte un convertisseur antérieur (8) et un convertisseur postérieur (9), pour produire deux suites de grandeurs électriques qui correspondent à la propriété considérée de la surface en deux emplacements (6,7), circulant avec le corps et situés à une certaine distance l'un de l'autre suivant la 10 direction du déplacement, un dispositif temporisateur (12,52) à retard réglable pour la grandeur provenant du convertisseur antérieur (8), un montage multiplicateur (14) pour multiplier la grandeur retardée du convertisseur antérieur (8) et la grandeur non retardée du convertisseur postérieur (9 ), un filtre passe-bas 15 (15) raccordé a la sortie du montage multiplicateur ,un montage de commande pour régler le retard du dispositif temporisateur 012, 52) à une valeur qui correspond à la coïncidence dans le temps, aux deux entrées du montage multiplicateur (14) des deux grandeurs issues successivement du même emplacement de la surface, et 20 au moins un dispositif indicateur (17) qui, par suite du temps de retardement et de la distance (1) des deux emplacements (6,7) indique la vitesse relative correspondante et/ou le chemin parcouru à partir d'un emplacement donné , laquelle installation est caractérisée en ce que\, dans la liaison entre chaque conver-25 tisseur (8 ou 9) et le montage multiplicateur (14) est monté un filtre (18, 19), dont les caractéristiques de fréquence sont différentes et sont choisies de telle manière que la valeur obtenue à la sortie du filtre passe—bas^ passe par zéro quand le temps cfe retard du montage temporisateur est égal au temps nécessaire, à 30 l'instant de la mesure, pour parcourir la distance précitée. 2. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les valeurs à l'entrée et à la sortie des filtres sont des tensions variant d'une manière continue et les caractéristiques des filtres sont choisies de telle manière que, pour un si-35 gnal d'entrée infiniment étroit, les transformées de Fourier H^(oj) et ( H^(W).H2(w) = - H^(-a)).H2(-w) dans laquelle désigne la valeur complexe conjuguée de H^. 40 3# Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce que la transformée de Fourier de la réponse impulsionnelle de 72 16131 11 2135332 l'un des deux filtres est : H (03) = — rrr- 1 1 + JU)RC et celle de l'autre filtre est : H,(u) = jKKC 2 1 + jwRC 5 4. Installation selon la revendication 3, caractérisée en ce que chacun des deux filtres contient un amplificateur opérationnel à inversion (21 ou 31) dont la sortie est reliée à celle du filtre» une résistance (22 ou 32) de valeur R montée entre l'entrée et la sortie de l'amplificateur, une autre résis-10 tance (23 ou 33) montée entre l'entrée du filtre et l'entrée de l'amplificateur , et un condensateur (24 ou 34) de capacité C lequel, pour un filtre, est monté en série avec la résistance d'entrée (33) et, pour l'autre filtre, est monté entre l'entrée et la sortie de 1*amplificateur (21). 15 5. Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu*en amont de chacun des filtres (50,51) est monté un dispositif explorateur de signal (48,49) qui produit une suite d'impulsions, correspondant à l'amplitude du signal produit dans le convertisseur considéré, avec la fréquence f=l/T et que les 20 filtres sont conçus pour des valeurs discrètes, dont les transformées en z H^(z) ou H2(z) de la réponse impulsionnelle sont choisies de manière à satisfaire à l'équation : 'H. (a).H„(-i) = - H.(i).H5(z) 1 i! Z 1 Z £. dans laquelle z = exp|-sT ), s étant la grandeur 6* + jw de la d 25 transformation de Laplace. 6. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que la valeur Y^(k) délivrée à l'instant kT& par le premier filtre est donnée par l'équationî Ya(k) « q Ya(k-1) + X1(k-1) + X1(k) 30 et celle Y2(k) délivrée au même instant par le second filtre est donnée par l'équation : Y2(k) » q [Y2(k^l) X2(k-1} + X2(k) ] dans lesquelles équations Y^ ou Y2 désignent la valeur du signal d'entrée, X^ ou X2 la valeur du signal de sortie , q un facteur 35 inférieur à 1, tandis que les indices k et k-1 se rapportent respectivement à la valeur actuelle et à la valeur la précédant du temps T^. 72 16131 12 2135332 7. Installation selon la revendication 5, caractérisée en ce que le dispositif temporisateur est constitué par un registre à circulation (52).