Brevet FR2182775A1 — publié le 19731214

La présente invention concerne les circuits destinés a révéler la présence d'impulsions électriques, périodiques ou non, et a mesurer leurs positions par rapport à un repère pris comme origine, au moyen d'indicateurs lumineux ou non, grâce a un affichage numérique dynamique. La visualisation numérique d'impulsions fait appel actuellement à des circuits de codage actionnant des dispositifs d'affichage comportant des décodeurs avec éléments de mémoire excitant directement des indicateurs. Le fonctionnement de ces ensembles ne permet pas d'observer la présence de plus d'une séquence d'impulsions a la fois, ni de suivre de façon instantanée les évolutions de leurs positions, car dans son principe il impose aux circuits le passage par les états suivants : remise à zéro, comptage ou codage, affichage. Si un changement intervient dans la position de l'impulsion à visualiser pendant l'une des phases codage ou affichage, l'indication finale est erronée ; ces dispositifs sont donc destinés à la visualisation de séquences d'impulsions dont la fréquence de répétition est constante pendant les phases mentionnées.Les éléments de mémoire sont indispensables si le courant moyen produit par les impulsions dans les indicateurs est insuffisant. pour les faire fonctionner. Le dispositif proposé, objet de l'invention, élimine ces inconvénients. I1 permet en effet d'observer simultanément la présence d'une ou plusieurs séquences d'impulsions et de suivre en permanence leurs changements de positions éventuels sans passer par des phases visibles de remise à zéro et de codage qui constitueraient des temps morts pendant lesquels aucune observation ne serait possible. Pour visualiser des impulsions se répétant dans le temps, périodiquement ou non, on code leurs positions par rapport à une origine. Ce codage peut s'effectuer au moyen de trois circuits distincts contrôlant les mimes circuits d'affichage ; dans les trois cas, une série d'impulsions commande le codage de positions et les impulsions à visualiser donnent l'ordre d'affichage par l'intermédiaire d'un circuit de coincidences. Premier circuit avec codeur et décodeur (Figure 1). Les impulsions actionnent le codeur binaire par comptage asynchrone 2, à N positions dont les sorties attaquent un circuit de coincidences 3 composé de fonctions logiques OU. Les impulsions à visualiser R, de forme rectangulaire, contrôlent le transfert dex formations ABCD en A'B'C'D' ; si R est présente, R = O , A > - A , B' = B, Cl = C , Dt = D ; si R est absente, R = I , A' = B' = C' = D' = 1. Le décodeur 4 fournit une impulsion S seulement si R est présente : S = O , si R = O, S = 1 , si R = 1. La tension v aux bornes de la diode est de valeur moyenne positive si R = O, nulle si R = 1. L'indicateur 5 fonctionne si R = O. Sur la figure un seul circuit indicateur est représenté. Deuxieme circuit avec codeur et démultiplexeur (Fig.2). Le principe du circuit est identique au précédent, sauf en ce qui concerne le décodage et les coincidences effectuées par un seul circuit démultiplexeur 3 à quatre entrées et N sorties, dont la borne VALIDATION est à l'état O et la borne DONNEES attaquée par les impulsions R à visualiser. Si R = O, l'indicateur 4 fonctionne et traduit la présence des impulsions. Troisième circuit avec registre à décalage (Fig. 3). Les impulsions de codage 1 commandent, par l'entrée horloge d'un registre à décalage 2, l'état des sorties parallèles de O à N. Le registre est initialement chargé par l'entrée série E. Le circuit de coincidences, contrôlé par les impulsions R à visualiser, est composé de fonctions logiques NON-ET 3. La présence des impulsions se traduit par R = 1, leur absence par R = O. L'affichage s'effectue ensuite comme précédemment. Des variantes dans les circuits d'indicateurs, tels que ceux décrits aux figures 1,2 et 3, sont données figure 4 et figure 5. Dans tous ces schémas la diode fournit une composante continue polarisant le transistor pendant un temps suffisant pour l'affichage. Si l'on utilisait directement les impulsions à visualiser, sans passer par la diode et le condensateur, leur durée trop courte ne permettrait pas de faire fonctionner les indicateurs de façon visible. Circuits de loupes ou verniers. - Les circuits de loupes résultent de la mise en série de circuits de base qui viennent d'être décrits. La figure 6 donne un exemple de circuit de loupe automatique réalisé au moyen de codeurs binaires par comptage. L'entrée horloge de chacun des codeurs, suivant le premier, est reliée à la sortie D du précédent (codeurs 1, 2 et 3). Les impulsions à visualiser contrôlent les circuits de colncidences 4, 5, 6. Ni, N2, N3 sont les nombres de positions (ou d'états) différentes que peuvent prendre les codeurs. Ce sont aussi les nombres d'indicateurs (tel que 7 ) reliés aux sorties des décodeurs 8,9,10. Si N1 = 9 , N2 = 9 , N3 = 15, l'indication maximale est 15 + O , 9 + O , 09 = I599. Le circuit à N2 indicateur est un vernier vis à vis des N3 et N1 vis à vis des N2. Le circuit total s'apparente à celui d'un fréquencemètre classique, mais s'en distingue par les circuits de colncidences et d'indicateurs. Le résultat quant au fonctionnement obtenu est également distinct, puisque si plusieurs impulsions à visualiser sont présentes, autant d'indicateurs sont actionnés dans chaque groupe N ; ceux-ci suivent instantanément les évolutions des impulsions, c'est à dire leurs changements de positions. Ces circuits, objet de l'invention, constituent un procédé pour repérer les positions des échos d'un sondeur à impulsions ultrasonores, mesurer la distance des obstacles réfléchissants et suivre leurs déplacements instantanés. A titre d'exemple, les circuits d'un ém.etteur-récepteur d'impulsions ultra sonores utilisant trois modules d'affichage distincts sont donnés figures 7 et 8. Le premier module est composé d'un affichage numérique dynamique d'un type décrit ci-dessus, comprenant deux groupes d'indicateurs lumineux (lampes à incandescence 12 V, 0,04 A). Une horloge i (oscillateur à transistor unijonction) produit des impulsions de fréquence FH divisée par le circuit 2 qui donne des impulsions de fréquence F pour le codage de positions de la décade binaire 3 fonctionnant en loupe et actionnant le codeur binaire 4, à 16 positions (avec le zéro). Les coincidences sont assurées pour la loupe par les éléments OU 5, à la sortie de la décade, qui attaquent le décodeur binairedécimal 6. Les sorties de celui-ci excitent les circuits d'indicateurs lumineux 8 (un seul représenté).Le démultiplexeur 7 effectue les coincidences et le décodage des 16 positions ; ses sorties attaquent des circuits d'indica teurs identiques aux précédents, 9. La sortie D du codeur 4 excite le monostable 10 qui débloque pendant un temps to l'oscillateur à transistor unijonction 11 qui fournit des trains d'impulsions de fréquence de répétition FE ; ceux-ci sont mis en forme et amplifiés dans l'émetteur 12 alimentant le transducteur 13, dont la fréquence de résonance est égale à celle d'un train d'impulsions Les impulsions ultrasonores reçues par le transducteur sont transmises à l'entrée du récepteur 14 où deux diodes limitent l'amplitude pendant l'émission. L'amplificateur du récepteur débite sur le circuit de détection 15 qui fournit des séquences d'impulsions contenant l'émission et les échos EC. Une porte NON ET 17 sépare les échos EC grâce à une impulsion BM délivrée par le monostable 16 synchronisé sur l'émission. Les échos EC, après inversion par l'inverseur 18, mise en forme par le différentiateur 19 et le monostable 20, sont appliqués aux circuits de coincidences 5 et 7, afin d'obtenir leur visualisation. L'affichage est inhibé pendant toute la durée Xi de l'impulsion EH. Entre les fréquences des impulsions de codage F et d'émission FE, la distance maximale d'un écho X, la vitesse/de propagation des ultrasons, il existe les relations : F = Nl.N2.FE , FE = v/2X , où N1 et N2 sont les nombres de positions des codeurs ainsi que des indicateurs. La fréquence de l'horloge est : FR = h.F ; où N est le diviseur du circuit 2. La valeur de N donne la bv--e de l'appareil. Avec Ni = 10, NZ = 16 , N peut prer4-? les valeurs 1,2,5,10. Par exemple dans l'eau, V = 1500 m/s, la gamme X = 160 m donne FE = 1500/2w160 , F = 160KFE , F = 160X1500/2x160 = 750 Hz FH = 10. F = 7500 Hz. La gamme 16 m donne : FE = 15OQ/2X16 , F = 160x FE = 160x1500/2xI6 F = 7500 Hz , FH = IxF = 7500 Hz Sa fréquence de l'horloge FH est maintenue constante, le changement de gamme s'opérant en agissant sur la valeur de N. L'impulsion EM est appliquée à l'entrée R d'un bistable Ru 22, les échos EC attaquant l'entrée S ; à la sortie on recueille une impulsion de durée proportionnelle à la distance X du premier écho reçu.Afin d'éviter des difficultés de lecture sur la loupe au cas où plusieurs échos sont révélés par les indicateurs, le monostable 21, attaqué par l'impulsion RS + issue de la bascule RS 22, fournit une impulsion unique, relative au premier écho reçu entre deux émissions. Cette impulsion est appliquée aux circuits de coincidences 5 ; dans ces conditions la loupe n'affiche que le premier écho reçu. Un commutateur 23 permet de passer de cet affichage au précédent. Dans les deux cas les indicateurs 9 du démultiplexeur 7 affichent tous les échos. Un microampèremètre à cadre 24, mesurant le courant moyen de l'impulsion RS+ , donne une indication analogique de la distance et constitue le second module d'affichage. L'absence d'écho se traduit par un courant maximal (distance infinie à droite). Si le microampèremètre 24 est relié par l'intermédiaire du circuit à diode et condensateur 25, l'absence d'écho se traduit par un courant nul (infini à gauche). Le commutateur 26 permet de choisir l'un ou l'autre de ces modes de fonctionnement. L'impulsion EM, de durée X1, est appliquée au monostable 27 qui délivre une impulsion de durée X2 appliquée à son tour à la porte NON ET 28 contralée par l'impulsion RS- de durée X (issue du bistable RS 22). La porte 28 ne délivre une impulsion que si X est supérieur à X1. En résumé l'eneemble du circuit fonctionne comme un comparateur de durées en sorte que l'indicateur 29 n'est actionné que si un écho se trouve présent entre les deux distances correspondant aux durées X1 et X2 (distances et durées sont proportionnelles). On obtient ainsi le troisième modale-d'affichage, utilisable par exemple comme dispoSitif d'alarme ou de surveillance, sachant que les valeurs de X1 et X2 sont préréglables. Les trois modules décrits peuvent être utilisés simultanément ou séparément. Les systèmes d'affichage numérique classiques ne permettent -de mesurer que la distance d'un seul écho à la fois, alors que l'affichage numérique dynamique utilisé ici permet de déterminer les distances de plusieurs échos simultanément. La figure 9 donne les diagrammes de tensions, en fonction du .ei , aux sorties de différents circuits, ainsi que les états des sorties du décodeur 6 et du démultiplexeur 7, lorsque deux échos sont présents, l'un à 69 m, l'autre à 90 m. e Une autre application des circuits d'affichage numérique dynamique consiste en leur utilisation comme indicateurs de mesures d'un fréquencemètre ou d'un compte-tours.Ces appareils présentent alors l'avantage de faire des mesures sans séquence visible de remise à zéro et de comptage, et de rendre pratiquement instantanée l'observation d'éventuelles variations de fréquences. La figure 10 donne le schéma de principe d'un tel fréquencemètre. L'horloge 1 fournit des impulsions de référence dont la période doit être rigoureusement constante. Après traitement de ces impulsions suivant les diagrammes de tensions de la figure 11, on recueille deux nouvelles séries d'impulsions, l'une RO servant à la remise à zéro des codeurs 10, à 10 positions, l'autre RV donnant l'ordre de visualisation aux circuits de coincidences 11. Les impulsions FX, dont la fréquence est à mesurer, sont appliquées à l'entrée du codeur 10 et assurent le codage de positions. Le décodage est effectué par un décodeur 12,à 10 positions,dont les sorties alimentent les circuits d'indicateurs 13.La mise en série de plusieurs circuits d'affichage se fait comme dans un fréquencemètre classique, les différences n'intervenant qu'au niveau des éléments de coincidences tels que 11 et d'affichage tels que 13 ; on obtient ainsi les indications d'unités, dizaines, etc Le circuit de coincidences Il inhibe l'affichage pendant la remise à zéro, qui nest donc pas visible sur les indicateurs. Les circuits d'affichage numérique dynamique, objet de l'invention, constituent un procédé pour la réalisation d'un dispositif de visualisation à deux dimensions (Figure 12), dans lequel deux séries d'impulsions distinctes RX et RY, issues de sources indépendantes ou liées de façon quelconque, sont appliquées aux entrées de deux circuits de base Iet 2, tels que ceux qui ont été décrits. Les indicateurs sont disposés sous forme de matrice, à lignes X et colonnes Y perpendiculaires. La visualisation a lieu à l'intersection des coordonnées X et Y, où chaque circuit d'indicateur est commandé par un élément OU (Figure 13); cet ensemble constitue un oscilloscope sans tube cathodique, dont la définition est limitée par le nombre d'indicateurs. Les mêmes circuits d'affichage constituent un procédé pour la réalisation d'enregistreurs graphiques ou photographiques, à une ou deux dimensions, par remplacement des indicateurs lumineux par des éléments inscrivant une trace visible sur du papier ; ce type d'enregistreur ne comporte aucun organe inscripteur en mouvement de translation, ou rotation, important, tel que le déplacement linéaire d'un chariot ou la déviation de l'équipage mobile d'un galvanomètre. REVENDICATIONS 1 - Circuits électriques destinés à visualiser des impulsions électriques et mesurer les intervalles de temps qui les séparent d'une impulsion particulière choisie corme origine, ces intervalles définissant les positions de ces impulsions par rapport à cette origine, caractérisés en ce qu'un générateur d'impulsions horloge déclenche des circuits de codage dont les sorties prennent successivement les états O à n, n nombre d'impulsions d'horloge qui les ont de actionnés à compterXl'origine jusqu'au moment où une impulsion à visualiser se produit et donne l'ordre de visualisation aux circuits de codage ; la visualisation est faite par des circuits d'indicateurs comprenant des éléments de mémoire connectés entre les bornes de sorties des circuits de codage et les indicateurs, réalisant un affichage numérique dynamique dont la durée peut être réglée ; l'ensemble est complété par au moins un circuit fonctionnant en vernier automatique. 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'un circuit d'indicateur est composé d'une diode et d'un condensateur auxquels sont appliquées les impulsions issues des circuits de codage de positions polarisant un transistor excitant l'indicateur, pendant un temps suffisant pour une observation visuelle. 3 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le circuit de codage de positions se compose d'un codeur binaire par comptage commandé par des impulsions de codage, d'un circuit de coincidences avec éléments logiques OU contrôlés par les impulsions à visualiser et d'un décodeur binaire à décimal dont les sorties attaquent les circuits d'indicateurs. 4 - Dispositif selon les revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que le circuit décodage de positions se compose d'un codeur binaire par comptage commandé par les impulsions de codage, d'un démultiplexeur logique assurant les fonctions de coincidences par son entrée DONNEES à laquelle sont appliquées les impulsions à visualiser, et de décodeur à N positions de sortie attaquant N circuits d'indicateurs. 5 - Dispositif selon les revendications I et 2, caractérise par le fait que le circuit de codage de positions se compose d'un registre à décalage commandé par les impulsions de codage à N sorties parallèles connectées à N circuits porte NON ET pour les colncidences contrôlés par les impulsions à visualiser, attaquant N circuits d'indicateurs. 6 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 5 caractérisé par le fait que les circuits verniers sont composés d'autant de circuits de codage disposés en série, la dernière sortie d'un circuit attaquant l'entrée de codage du suivant, chacun d'aux ayant ses sorties reliées à son propre groupe de circuits d'indicateurs. 7 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications I à 6 caractérisé en ce qu'il fait partie d'un émetteur-récepteur d'impulsions ultrasonores dans lequel une horloge fournit des impulsions servant au codage de positions des impulsions à visualiser, qui sont dans cette application les échos ultrasonores détectés par le récepteur, un circuit de codage donnant des impulsions à une fréquence sous-multiple de celle de l'horloge, qui débloquent périodiquement, à travers un monostable, un oscillateur à transistor unijonction générant le train dtondes qui excite l'émetteur. 8 - Dispositif selon la revendication 7 caractérisé par le fait qu'il constitue le premier module d'affichage des échos d'un émetteur-récepteur d'impulsions ultrasonores, composé de trois modules d'affichage distincts dont le deuxième fournit une indication analogique de la distance des échos et le troisième permet de révéler la présence d'un écho entre deux distances Xl et X2 préréglées. 9 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il est appliqué à un fréquencemètre ou compte-tours tel que les circuits d'entrée comportent une horloge de référence fournissant les impulsions déterminant la visualisation des mesures, la fréquence inconnue à mesurer donnant les impulsions pour le codage de positions des indications. 10 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 9 caractérisé en ce que les indicateurs d'affichage sont des éléments groupés en ligne inscrivant une trace visible sur du papier de façon à réaliser un enregistreur graphique des impulsions à visualiser. Il - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 10 caractérisé en ce que deux circuits complets et distincts d'affichage dynamique sont utilisés pour visualiser des impulsions issues de deux sources distinctes, les indicateurs relatifs à chacun de ces circuits d'affichage étant groupés sous forme de matrice, à lignes et colonnes perpendiculaires de sorte qu'une impulsion présente à l'abscisse X et une autre à l'ordonnée Y actionnent l'indicateur situé au point possédant ces coordonnées. 12 - Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 a 11 caractérisé en ce que le groupement des indicateurs d'affichage sous forme de matrice fournit un enregistrement graphique des impulsions issues de deux sources distinctes.