Brevet FR2138226A1 — publié le 19730105

L'invention concerne un système numérique de mesure différentielle d'une fréquence, et ses applications. Le système selon l'invention a pour but de comparer la fréquence å mesurer avec une fréquence pilote, et de fournir, d'une part, un signal logique (û ou 1) donnant le sens de la différence entre ces deux fréquences, et, d'autre part, un signal numérique donnant la grandeur de cette différence. L'oscillateur fournissant la fréquence à mesurer étant muni d'une sonde (capacitive et/ou résistive), l'introduction de cette sonde dans le milieu à analyser entraîne, de façon en elle-même classique, une variation de sa fréquence : le système selon l'invention s'applique aux analyses ainsi opé rées Succinctement, le système selon l'invention-est caractérisé en ce que la fréquence à mesurer est, jusqu'à l'instant de la mesure, constamment rendue égale à la fréquence pilote par asservissement à cette dernière, et n'en est libérée, mais en conservant son réglage de l'instant, qu'au moment même de la mesure (qui est brève): ainsi l'invention assure que mesuré entre fréquences n'a pas d'autre cause que celle prévue, et élimine les causes externes de perturbations (température, pression, etc...) et les causes internes de perturbations (dérives de nature diverses). Succinctement encore, la susdite numéralisation est basée sur le déphasage du signal de la multiplication logique des signaux rectangulaires des deux fréquences : ce procédé élimine certaines possibilités d'erreur. Succinctement enfin, le système selon l'invention peut être doté d'un fonctionnement automatique, moyennant la susdite numéralisation, et moyennant, au moment de la mesure, la commutation de ltoscillateur de son attaque par une sonde de référence à son attaque par une sonde, équilibrée, de mesure. L'invention et ses dispositions, ainsi que les circuits propres à l'in- vention, seront décrits en se référant aux figures suivantes, données à titre d'exemples non limitatifs - la figure l est un schéma-blocs dSune exécution de l'invention - la figure Z est le schéma de principe d'un circuit discriminateur selon l'invention - la figure 3 donne les graphes des divers signaux utilisés figures 1 et Z - la figure 4 est le schéma de principe d'un circuit d'asservissement selon l'invention ; - la figure 5 est le schéma de principe d'un circuit permissif selon l'invention. Avec référence à la figure 1, qui est un schéma-blocs d'une exécution de l'invention : un oscillateur I à fréquence pilote Fq et un oscillateur 2 à la fréquence à mesurer F1 attaquent un circuit discriminateur 3 ; ce circuit dîscriminateur 3 est propre à l'invention et sera décrit plus loin ; il fournit, d'une part un signal Fb mesurant la grandeur de l'écart entre les deux fréquences Fq et F1, et d'autre part un signal Di et son complémentaire 6i donnant le sens de cet écart ; ces trois signaux commandent un circuit d'asservissement 4, qui est propre à l'invention et sera décrit plus loin, et qui commande l'oscillateur 2 de façon à égaler sa fréquence F1 à la fréquence pilote Fq de l'oscillateur I (ceci sauf le verrouillage décrit plus loin) ; le signal Fb de grandeur de l'écart entre ces deux fréquences attaque un circuit permissif 5 : celui-ci, lorsque ledit écart devient inférieur à une faible valeur choisie à l'avance, libère un circuit de programme 6 ; le circuit de programme 6, d'une part, commande des circuits de comptage et d'affichage 7, d'autre part, il verrouille le circuit d'asservissement 4 en son état instantané et, par un circuit de commutation 8, il commute l'oscillateur 2, jusqu'alors attaqué par une sonde de référence 9, sur une sonde d'essai 10. On décrira maintenant les circuits propres à l'invention : circuit discriminateur 3, circuit d'asservissement 4, et circuit permissif 5. Les autres circuits sont eux-mêmes connus : l'homme de l'art sait les réaliser connaissant leurs fonctions, ils ne seront donc pas autrement décrits. Le circuit discriminateur 3 sera décrit en se référant à la figure 2, qui en donne le schéma de principe, et à la figure 3, qui donne les graphes des divers signaux utilisés. Ce circuit discriminateur 3 utilise deux circuits logiques connus sous le nom de bascule type D : une bascule type D a deux états stables, une entrée de blocage (représentée à gauche au milieu), qui ne lui permet de changer d'état que si elle est attaquée par un flanc montant raide , et une entrée de commande (représentée à gauche en haut) qui peut alors la faire basculer en sens direct.La bascule 31 re çoit sur son entrée de commande (figure 2) le signal Fq à la fré quence pilote fournie par " oscillateur I ; ce signal Fq (figure 3) est un signal rectangulaire, à rapport cyclique voisin de l'unité la bascule 31 reçoit sur son entrée de blocage (figure 2) le signal F1 à la fréquence à mesurer fournie par l'oscillateur 2 ; ce signal F1 (figure 3) est un signal rectangulaire, à flancs montants raides la bascule 31 fournit sur sa sortie directe le signal Fb ; la figure 3 représente, à gauche le cas où F1 est plus grand que Fq ; et à droite le cas contraire ; on notera la différence de durée du signal Fb entre ces deux cas, cette différence est proportionnelle à F1. En revenant à la figure 2, ce signal Fb est traité par un circuit de retard pouvant être réalisé notamment à l'aide de la résistance32 et du condensateur 33 , qui fournit un signal Fb' (figure 3) retar dé. Le signal Fb' est appliqué à l'entrée de blocage de la deuxième bascule 34, dont l'entrée de commande reçoit le signal Fq ; la bascule 34 fournit sur sa sortie directe le signal Di (figure 3) ; on notera que ce signal est zéro si, et seulement si, F1 est plus grand que Fq et 1 si Fl est plus petit que Fq ; le signal Di signifie donc le sens de la différence entre les deux fréquences (le signal Fb mesurant la grandeur de cet écart) Avec référence à la figure 4 : le circuit d'asservissement 4 comprend un circuit monoflop composé d'une porte ET 41 et d'un transis tor 42, avec boucle de réaction 43, qui reçoit le signal Fb mesurant la grandeur de l'écart entre les deux fréquences et l'envoi par le fil 44 à un circuit à deux branches affectées chacune à un sens de écart ; une branche recevant le signal Di, comprend deux portes ET 45 et deux transistors 46 ; l'autre branche, recevant le signal 7i , comprend une porte ET 47 et un transistor 48 ; le signal Fb débloque l'une des deux branches, qui fournit sur -la sortie, le signal appliqué à l'oscillateur 2 pour rendre sa fréquence F1 égale à la fréquence pilote Fq. A l'instant de la mesure, un signal venant du bloc-programme 6 est appliqué par le fil 49 aux portes 45 et 47 qu'il bloque. Avec référence à la figure 5 : le circuit permissif 5 au moyen d'une porte ET 51 applique le signal Fb mesurant la grandeur de l'écart des deux fréquences, à un circuit comprenant deux portes ET52, une liaison compensée par un condensateur53 et en parallèle un réseau correcteur 54, et un transistor 55 dont l'émetteur et le collecteur retournent aux entrées des portes 52 ; l'émetteur du transistor 55 est connecté à l'entrée de commande d'une bascule 56, dont l'entrée de blocage est connectée à la sortie des portes 5-2, et sur la sortie directe de laquelle est pris un signal de sortie envoyé au circuit de programme 6 et à l'entrée de commande d'une bascule 57, dont l'entrée de blocage est connectée à la sortie de la porte 51, le signal de sortie de la bascule 57 est envoyé au circuit de programme 6, et son signal complémentarisé commande par un transistor 58 un voyant lumineux 59. REVENDICATIONS I. - Système numérique de mesure différentielle d'une fréquence, caractérisé en ce que la fréquence à mesurer est, jusqu1 l'instant de la mesure, constamment rendue égale à la fréquence pilote par asservissement à cette dernière, et n'en est libérée, mais en conservant son réglage de l'instant, qu'au moment même de la mesure. 2. - Système selon la revendication l, caractérisé en ce que le signal logique (o ou I) donnant le sens de la différence des deux fréquences et un signal numérique en donnant la grandeur sont obtenus à partir du déphasage du signal de multiplication logique des signaux rectangulaires des deux fréquences. 3. - Système selon la revendication 2, caractérisé par son fonctionnement automatique, comprenant au moment de la mesure la commutation de ltoscillaMeur, sourcede la fréquence à mesurer, de sur une sonde de référence à sur une sonde, équilibrée, de mesure. 4. - Système selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur 1 à fréquence pilote Fq, un oscillateur 2 à fréquence à mesurer F1, un circuit discriminateur 3 attaqué par les oscil- lateurs I et 2, un circuit d'asservissement 4 commandé par le circuit discriminateur 3 et commandant ltoscillateur 2, un circuit permissif 5 commandé par le circuit discriminateur 3, un circuit de programme 6 commandé par le circuit permissif 5 et verrouillant le circuit d'asservissement 4, un circùit de commutation 8 commandé par le circuit de programme 5 et com mandant les sondes de référence 9 et d'analyse 10 de ltoscillateur Z, et des circuits de comptage et d'affichage 7 commandés par le circuit de programme 6. Figure 1. 5. - Système selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit circuit discriminateur 3 comprend une bascule 31 type D recevant sur son entrée de commande la fréquence pilote Fq et sur son entrée de blocage la fréquence F1, un circuit C comprenant en série une résistance 32 et un condensateur 33, attaqué par la sortie directe de la branche 31, une bascule 34 type D recevant sur son entrée de blocage le signal pris,au point médian dudit circuit R C et sur son entrée de commande la fréquence pilote Fq, le signal Di de sens de la différence des deux fréquences étant pris sur la sortie de la bascule 34 et le signal Fb de deur de cette différence étant pris sur la sortie de la bascule 31. Figure 2. 6. - Système selon la revendication -4 ou 5, caractérisé en ce que ledit circuit d'asservissement 4 comprend un circuit composé d'une porte ET 41 et d'un transistor 42 et recevant ledit signal de grandeur de l'écart Fb et un circuit à deux branches, l'une comprenant deux portes ET 45 et deux transistors 46 et recevant ledit signal de sens de écart Di, l'autre comprenant une porte ET 47 et un transistor 48 et recevant le signal complémentaireMl, les deux branches pou-vant être bloquées par un signal venant du circuit de programme 6 et appliqué aux portes 45 et 47, les deux branches envoyant leur signal de sortie à l'oscillateur 2. Figure 4. 7. - Système selon la revendication 4, 5 ou 6, caractérisé en ce que ledit circuit permissif 5 comprend un circuit à porte ET 51 recevant ledit signal de grandeur de l'écart Fb, un circuit composé de deux portes ET 52, une liaison à condensateur 53 et réseau correcteur 54, et un transistor 55, une bascule 56 type D recevant sur son entrée de blocage le signal de sortie des portes 52 et sur son entrée de commande le signal de l'émetteur du transistor 55, une bascule 57 recevant sur son entrée de blocage le signal de sortie de la porte 51 et sur son entrée de commande le signal de sortie de la bascule 56, et un affichage 58 - 59 commandé par la bascule 57, les signaux de commande du circuit de programme 6 étant pris sur les sorties des bascules 56 et 57. Figure 5.