Brevet FR2144532A1 — publié le 19730216

La presente invention concerne une machine â calculer utilisant la coïncidence de deux tensions électriques pour calculer notamment le rapport de dcux grandeurs ou le logarithme du rapport do deux grandeurs. Une telle machine à calculer est utilisable notamment mais non exclusivement en photométrie, en spectrophotome trie et en densitométrie, techniques dans lesquelles on utilise un faisceau de mesure et un faisceau de référence. Par exemple un spectrocolorimètre comporte une cellule photo-électrique soumise à ltéclairement d'un faisceau lumineux monochromatique qui suit alternat vement un trajet de mesure et un trajet de référence.La cellule fournit ainsi alternativement deux tensions, tensions dont le logarithme du rapport correspond à la densité optique du milieu. Il peut d'autre part être nécessaire de calculer, par exemple en photométrie hétérochrome en bande étroite, procédé dans lequel on identifie un milieu par mesure de ses densités optiques pour deux longueurs d'ondes définies, le rapport des densités. enfin il peut être nécessaire d'obtenir le résultat du calcul en numérique ou en analogique. La présente invention a pour but de réaliser une machine à calculer susceptible d'efrectuer des opérations mathématiques entre des valeurs représentées par des tensions en fournissant le résultat du calcul sous forme numérique ou analogique. La machine â calculer conforme à l'invention est caractérisée en ce qu'elle comporte un premier dispositif qui engendre une tension selon une fonction mathématique ou expérimentale ou arbitraire du temps,proportionnelle à une grandeur appliquée sous forme électrique, une porte commandant l'entrée dans ce premier dispositif.d'une première grandeur sous forme électrique, une horloge commandant cette porte pour déterminer l'instant zéro du fonctionnement de ce premier dispositif, un second dispositif qui engendre une tension proportionnelle à une deuxième grandeur, un détecteur de coïncidence comparant les sorties des premier et second dispose tifs et un dispositif de sortie mis en route par l'horloge et bloqué par le détecteur decoincidence lors de la réalisation de 1' égalité des tensions de sortie des premier et second dispositifs0 L'horloge est de préférence constituée par un découpeur commandant l'ouverture de fa porte pendant des intervalles définis et à cadence fixe. Le dispositif de sortie peut assurer une sortie numérique et astre constitué par un compteur d'impulsions recevant des impul sions périodiques d'un générateur, ce compteur d'impulsions étant mis en route par l'horloge à l'instant zéro et bloqué par le détecteur à coincidence. Le dispositif de sortie peut également assurer une sortie analogique et être constitué par un dispositif intégrateur linéaire alimenté avec une tenson fixe, mis en route par l'horloge à l'instant zéro et bloqué par le détecteur de coïncidence. Le dispositif engendrant une tension selon une fonction mathématique du temp's,proportionnelle à l'une des qrandeurs,peut être un circuit intégrateur lorsque la fonction mathématique est linéaire, un circuit résistance-capacité lorsque la fonction mathématique est logarithmique ou tout autre circuit électrique assurant une tension qui est une fonction parabolique, hyperbolique, exponentielle ou autre, proportionnelle à la grandeur électrique appliquée sur l'entrée du circuit. Le dispositif engendrant une tension selon une fonction du temps peut également être constitué par un dispositif opto-électronique ou autre permettant d'engendrer une tension correspondant à la loi de réponse d'un phénomène expérimental ou à toute autre loi arbitraire univoque. On décrira plus en détail ci-aprs deux modes de réalisation de la machine à calculer conforme à l'invention avec référence aux dessins ci-annexés dans lesquels Fig. 1 est un schéma d'ensemble de la machine pour le calcul du rapport de deux grandeurs représentées par des tensions; Fig. 2 est un graphique représentant les tensions fonction du temps aux différents points de la machine de figure 1; Fig. 3 est un schéma d'ensemble de la machine pour le calcul du logarithme du rapport de deux grandeurs représentées par des tensions et Fig. 4 est un araphique représentant les tensions fonction du temps aux différents points de la machine de figure 3. La machine à calculer de la figure 1 est destine à calcu- ler le rapport N de deux grandeurs matérialisées par deux tensions D proportionnelles VN et VD. Elle comporte un amplificateur opéra tionnel 1 monté en intégrateur, lequel reçoit, par l'intermédiaire d'une porte 2,la tension VD de la grandeur dnominateur. La porte 2 est commandée par l'horloge 4 qui assure également la remise à zéro de l'amplificateur opérationnel 1 apres une certaine durée, la tension fournie par cette horloge ayant par exemple la forme VH.La sortie de l'amplificateur opérationnel 1, c'est-à~dire la tension VS1 , est appliquée à ur détecteur de coincidence 5 qui reçoit, comme deuxième entrée, la tension fixe VN de la grandeur numéra- teur. Cette partie de la machine fonctionne de la façon suivante. A partir du temps To fixé par l'horloge 4, la porte 2 est ouverte et envoie à l'amplificateur opérationnel une tension VD , la tension de sortie VS1 de l'amplificateur opérationnel étant égale à tout instant à (dt). La rampe de tension est une rampe à pente proportionnelle, engendrée à partir de Tg, et dont la pente est proportionnelle à VD ; la tension sera à chaque instant proportionnel le à V51 = k VD (T-To). Le détecteur de coïncidence 5 fournira une rension nulle tant que VS1 VN VS1 = VN = k VD(T1-T0) donc @/VD = k (T1-T0). La durée T1-T0 sera donc représentative de la valeur du rapport VN/VD Pour que la machine puisse fonctionner, il suffit que la durée T2 de l'échantillonnage,fixée par l'horloge 4,soit suffisante pour que k VD (T2-T0) > VN, k représentant le gain de l'amplificateur opérationnel monté en intégrateur. Pour obtenir la sortie en numérique, il suffit de prévoir une horloge 6,par exemple un comptcur d'impulsions, recevant les impulsions d'un multivibrateur 3 mis en route par l'horloge 4, cette horloge 6 étant remise a zéro au temps zéro par l'horloge 4 et étant bloquée par la sortie du détecteur de coincidence 5, au temps T1. Pour obtenir la sortie en analogique, on prévoit un amplificateur opérationnel 7 fonctionnant en intégrateur,alimenté à partir d'une source à tension constante Vr par l'intermédiaire d'une porte 8 elle-même commandée par l'horloge 4. L'amplificateur opérationnel 7 est remis au zéro par l'horloge 4 au temps T0. La tension de sortie V52 suit donc une rampe à pente constante à partir du temps T0, pente qui est indépendante des valeurs de VN et VD, cette tension de sortie étant égale a k@ V@(T-T0). L'amplificateur opérationnel 7 est de plus bloqué par la sortie du comparateur 5. En conséquence la tension VS1 sera bloquée à une valeur ks Vr(T1-T0), c'est-à-dire à une valeur ks Vr VN/VD . La sortie Sa de l'amplificateur opérationnel 7 représente donc la valeur analogique du rapport VN VD Les sorties numérique S et analogique S peuvent être mises en mémoire à la fin de chaque période d'échantillonnage. La machine à calculer de la figure 3 est destinée à calcul VN ler le logarithme du rapport - . Le schéma en est analogue à VD celui de la machine à calculer de la figure 1 et les mêmes éléments sont désignés par les mes références. La différence réside dans le fait que l'on a remplacé l'amplificateur opérationnel 1 fonc- tionnant en intégrateur linéaire par un circuit constitué par une capacité 9 avec une résistance 10, la capacité 9 étant montée entre la porte 2 et l'entrée du comparateur 5,et la résistance 10 entre la dite entrée du comparateur 5 et la masse. Une porte 11 est en outre prévue pour décharger la capacité 9 au temps zéro, cette porte étant commandée par l'horloge 4.La tension VN représentative de la valeur du numérateur du rapport est appliquée sur la porte 2 et la tension VD représentative de la valeur du dénominateur du rapport est appliquée comme tension constante sur une entrée du comparateur 5. On sait qu'avec un circuit capacité-résistance tel que cidessus, alimenté sus une tension constante VN le courant IT traversant la résistance est égal à IOe-T/# , IO étant le courant d'entrée proportionnel à la tension VN appliquée sur l'entrée : v IO = @/R et @ = RC. De l'équation IT = IOe-T/# on déduit : IO/IT = e T/# d'où log IO/r = T/# et T = # log IO/r . T T Etant donné que ce courant IT passe par la résistance 10, la tension VS1 au point commun de la capacité 9 et de la résistance 10 est à chaque instant proportionnelle à IT et cette tension RIT est comparée dans le comparateur 5 à la tension VD. Au moment T1 où l'égalité sera établie on aura et RIT = VD ; IT = VD/R donc T1 = # log VN/V . D En conséquence la tension V de blocage du comparateur 5 c apparaitra après un temps T1-To qui sera proportionnel au logarithme du rapport VN/VD De la même manière que dans le cas de la machine à calculer de la figure 1, le compteur d'impulsions6 fournit une sortie numéri VN que représentative de 11, c'est-à-dire de log T et l'amplificateur opérationnel 7 fournit une sortie analogique représentative de la même valeur. Les modes de réalisation ci-dessus décrits à titre d'exem- ple sont susceptibles de recevoir de nombreuses modifications sans sortir du cadre de la présente invention REVENDICATIONS 1.- Une machine à calculer à colncidence de tensions élec- triques caractérisée en ce qu'elle comporte un premier dispositif qui engendre une tension selon une fonction mathématique ou expéri- mentale ou arbitraire du temps,proportionnelle à une grandeur appliquée sous forme électrique, une porte commandant l'entrée dans ce premier dispositif d'une première grandeur sous forme électrique, une horloge commandant cette porte pour déterminer l'instant zéro du fonctionnement de ce premier dispositif, un second dispositif qui engendre une tension proportionnelle à une deuxine grandeur, un détecteur decoincidence comparant les sorties des premier et second dispositifs et un dispositif de sortie mis en route par l'horloge et bloqué par le détecteur decoincidence lors de la réalisation de l'égalité des tensions de sortie des premier et second dispositifs. 2.- Une machine à calculer selon la revendication 1 caracté risée en ce que le dispositif de sortie assure une sortie numé riccie et est constitué par un compteur d'impulsions recevant des impulsions priodiques d'un générateur, ce compteur d'impulsions étant mis en route par l'horloge à l'instant zéro et bloqué par le détecteur de coincidence. 3.- Une machine à calculer selon la revendication 1 caractérisée en ce que le dispositif de sortie assure une sortie analogique et est constitué par un dispositif intégrateur linéaire alimenté par une tension fixe, mis en route par l'horloge à l'instant zéro et bloqué par le détecteur de coincidence. 4. Une machine à calculer selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le dispositif engendrant une tension selon une fonction mathématique du temps est un circuit intégrateur assurant une fonction mathématique linéaire. 5.- Une machine à calculer selon l'une quelconque des revendications 1 à 3 caractérisée en ce que le dispositif cnaen- drant une tension selon une fonction mathématique du temps est un circuit résistance-capacité assurant une fonction mathématique logarithmique. 6.- Une machine à calculer selon l'une quelconque des revendications 1 à 5 caractérisée en ce que l'horloge est un découpeur assurant des temps zéro à cadence fixe et le fonctionnement du premier dispositif pendant des intervalles de temps définis.