Brevet FR2208118A1 — publié le 19740621

L'invention a pour objet un appareil électrique pour la mesure de la durée de phénomènes récurrents. La mesure de la durée d'un phénomène par voie électrique est habituellement obtenue à l'aide d'une horloge qui découpe le temps en intervalles égaux limités par des impulsions et en comptant le nombre d'impulsions comprises entre le début du phénomène et la fin du phénomène. Pour obtenir une précision élevée, l'horloge doit découper le temps en des intervalles faibles par rapport à la durée à mesurer. La mesure de la durée d'un phénomène très bref oblige donc à faire appel à des fréquences d'horloge élevées. Pour un phénomène dont la durée doit être mesurée avec une précision de l'ordre de la nano-seconde, il faut disposer d'impulsions de mesure d'une fréquence de l'ordre de 1000 MHz, ce qui, en l'état actuel de la technique, conduit à un appareillage d'un prix prohibitif. L'invention concerne d'une manière particulière la mesure d'un phénomène récurrent, c'est-à-dire dont les apparitions se reproduisent d'une manière régulière dans le temps et elle tire parti de la récurrence meme pour mesurer la durée du phénomène. Elle s'applique tant pour la mesure d'un phénomène récurrent dont la durée reste la même au cours du temps que pour la mesure d'un phénomène récurrent dont la durée est lentement variable. L'invention affranchit la mesure du rapport de grandeur existant jusqu'ici entre la fréquence des impulsions comptées, ou impulsions de mesure, et la durée du phénomène, et permet de mesurer des phénomènes de très faible durée à l'aide d'impusions de mesure dont la fréquence n'est pas excessivement élevée, les impulsions de mesure pouvant ainsi être obtenues par un dispositif relevant de la technique courante. L'invention s'applique non seulement à la mesure de la durée d'un phénomène proprement dit, c'est-à-dire de l'intervalle de temps qui sépare le début du phénomène de son achèvement, mais également à la mesure de l'intervalle de temps s'écoulant entre le début d'un phénomène récurrent et le début d'un autre phénomène récurrent, les fréquences de récurrence étant identiques. Elle trouve une application particulièrement avantageuse dans la mesure de l'intervalle du temps qui s'écoule entre l'émission d'une énergie radio-électrique et la réception d'une énergie de réponse de ladite première énergie. On prévoit ici la mise en oeuvre de l'invention pour la mesure d'une distance entre un premier poste émetteur d'énergie radio-électrique et un second poste qui fournit une énergie radioélectrique à réception de l'énergie provenant du poste émetteur, soit par simple réflexion, soit à l'aide d'un répondeur, l'invention étant appliquée pour la mesure de la durée de temps qui s'écoule entre le début de l'émission au poste émetteur et le début de la réception correspondante audit poste émetteur d'énergie provenant du second poste. Dans ce qui suit, on appellera aussi quelquefois pour simplifier "durée d'un phénomène" non seulement l'intervalle de temps qui s' écoule entre le début d'un phénomène et la fin du phénomène, mais également l'intervalle de temps qui s'écoule entre le début d'un premier phénomène et le début d'un second phénomène. Selon l'invention, pour mesurer la durée d'un phénomène récurrent de fréquence de récurrence connue, on crée des impulsions électriques de mesure dont la fréquence est légèrement inférieure à la fréquence de récurrence, et on compte le nombre d'impulsions de mesure apparaissant entre le moment d'une coincidence d'une impulsion de mesure avec le début (ou la fin) dune apparition du phénomène récurrent et le moment de la coincidence d'une impulsion de mesure avec la fin (ou le début) d'une autre apparition du phénomène récurrent. Après la coincidence initiale avec le début (ou la fin) d'une première apparition, l'impulsion suivante de mesure n'est pas en corncidence avec le début (ou la fin) de l'apparition suivante dudit phénomène, mais légèrement décalée par rapport à celuici (en raison de la différence de la fréquence de mesure par rapport à la fréquence de récurrence) ; à l'impulsion de mesure suivante, le décalage a encore augmenté de la même valeur etc., de sorte qu'en comptant le nombre d'impulsions apparaissant depuis l'impulsion initiale de coincidence ou quasi-coincidence avec le début (ou la fin) de la première apparition jusqu a l'impulsion qui, à la suite des décalages successifs, est en coincidence avec la fin (ou le début) d'une apparition du phénomène, on mesure l'intervalle de temps qui sépare le début (ou la fin) de la première apparition de la fin (ou du début) de l'apparition mentionnée en second lieu, donc la durée du phénomène. L'invention prévoit un appareil pour la mise en oeuvre du procédé et par lequel, par comptage d'impulsions de mesure, on détermine la durée d'un phénomène récurrent ou bien l'intervalle de temps qui sépare le début d'un phénomène du début d'un autre phénoumène, la successiop des débuts des phénomènes présentant un mtme carqetère de récurrence. L'invention vise spécialement la mesure de la durée d'un phénomène représentable par un facteur électrique dont le passage d'une valeur à une autre valeur caractérise le début ou la fin du phénomène et elle vise une forme de réalisation d'un appareil qui permet la mesure indépendamment des conditions de passage d'une valeur à l'autre valeur du facteur électrique. Dans la description qui suit, faite à titre d'exemple, on se réfère au dessin annexé, dans lequel - la figure 1 est un diagramme représentatif d'un phénomène récurrent et d'impulsions de mesure - la figure 2 montre, dans sa première partie 2a un diagramme représentatif d'un phénomène ainsi que des impulsions de mesure et dans sa seconde partie 2b, un diagramme représentatif d'un autre phénomène ainsi que des mêmes impulsions - la figure 3 est un schéma en blocs-diagrammes d'un appareillage pour l'obtention d'impulsions de mesure - les figures 4a, 4b, 4c montrent des diagrammes explicatifs de la formation d'un signal de porte - la figure 5 est un schéma des moyens de comptage - les figures 6a et 6b montrent des diagrammes analogues à ceux des figures 4, mais tenant compte des caractéristiques des composants disponibles - les figures 7a et 7b montrent des diagrammes relatifs à une forme de réalisation préférée - la figure 8 est un schéma d'un appareillage pour la mise en oeuvre de l'invention. On se réfère d'abord à la figure 1. Le phénomène récurrent dont la durée est à mesurer est matérialisé par un signal électrique en forme "de créneau rectangulaire à front montant M et front descendant D, la durée du phénomène étant représentée par la distance entre le front montant M et le front descendant D d'un créneau et chaque créneau correspondant à l'apparition du phénomène. Le phénomène est récurrent, c'est-à-dire qu'à un signal M1-D1 correspondant à une première apparition fait suite un signal M2-D2 correspondant à une seconde apparition du phénomène, puis M3-D3, Mn-Dn, etc. La fréquence de récurrence est constante, c'està-dire que les apparitions se succèdent à des intervalles de temps égaux, la distance entre les fronts M1 et M2 étant égale à la distance entre les fronts M2 et N3, etc., cette distance étant égale à la période de récurrence T. Selon l'invention, on produit des impulsions d'horloge I dont la période, connue, est légèrement plus grande que U. Si l'impulsion li est coTncidente ou presque coincidente avec le front montant M1, d'une manière plus précise si l'impulsion de mesure précédente Io St est produite avant le front Mo de l'apparition précédente du phénomène et l'impulsion I1 se produit après le front montant M1, l'impulsion suivante I2 est encore plus distante de M2 que l'impulsion Ij était distante du front M1 et, de même, l'impulsion I3 est encore plus distante du front M3 que 12 ne l'était du front M2O Les impulsions I2, I3, 14 se rapprochent donc ainsi progressivement des fronts descendants D2, D3, D4, etc., des créneaux ; on a supposé que la nième impulsion, c'est-à-dire l'impulsion Ins est la dernière des impulsions de mesure qui se produit avant le front descendant du créneau, en l'occurence le front descendant Dn, l'impulsion suivante,In+, se produisant après le front Dn+1.La connaissance du nombre n d'impulsions de mesure, à fréquence d'horloge FH connue, caractérise la distance entre un front montant M de l'apparition d'un phénomène et le front descendant D de ladite apparition. Dans le cas où la durée du phénomène récurrent est constante, ce nombre d'impulsions mesure ladite durée. Iwans le cas où la durée du phénomène récurrent est lentement variable, 'la fréquence de récurrence restant cependant constante, le nombre d'impulsions n mesure la durée du phénomène au moment où se produit la dernière impulsion de mesure comptée In, c'est-à-dire à l'apparition du phénomène à laquelle correspond le signal -. On se réfère maintenant à la figure 2. Le diagramme de la figure 2a représente par les fronts montants Mo, M1, etc., de signaux ou créneaux, les débuts des apparitions d'un phénomène récurrent et le diagramme de la figure 2b représente dans la même échelle des temps par les fronts montants M'o et M'1, etc., de créneaux, les débuts des apparitions d'un autre phénomène récurrent, qui peut d'ailleurs être lié au premier par une relation de cause à effet, et qui présente la même fréquence de récurrence FR que le premier phénomène. Sur le diagramme de la figure 2a, on a montré une impulsion de mesure lu se produisant un peu avant le front montant Mo de début d'une apparition du premier phénomène. L'impulsion de mesure suivante I se produit par contre après le front montant M1 de l'apparition suivante du premier phénomène, etc. Sur le diagramme de la figure 2b, on a montré des impulsions de mesure Io, Ij, etc., dans leurs positions respectives par rapport aux débuts des apparitions du second phénomène, représentés par les fronts montants M'o, M'1, etc0 de créneaux. L'impulsion de mesure In de rang n se produit juste avant le front montant M'n du créneau représentant la ,ième apparition du second phénomène et l'impulsion de mesure suivante In+1 se produit immédiatement après la (noème apparition du second phénomène représentée par le créneau à front montant M'n+ff. Le comptage des impulsions, à savoir dans le présent cas la connaissance du nombre n, mesure l'intervalle de temps qui s'écoùlesentre les débuts des apparitions de même rang du premier phénomène et du second phénomène, c'est=à-dire la durée qui s'écoule entre le début du premier phénomène et le début du second phé nomène lorsque cette durée est constante, lorsque cette durée est lentement variable, le nombre d'impulsions n est une mesure de l'intervalle de temps entre les débuts des deux phénomènes à leur gème apparition. Ia fréquence des impulsions de mesure est choisie pour qu'il n'y ait qu'une seule impulsion de mesure à chaque période de récurrence ?. La précision de la mesure est égale à la différence entre la période des impulsions de mesure et la période de récurrence du phénomène étudié. La figure 3 montre un dispositif pour l!obtention des im- pulsions de mesure à partir de.signaux ayant la fréquence de récurrence. Ceux-ci sont appliqués-à l'entrée 11 d'un diviseur de fréquence 12 introduisant un facteur de division B dont la sortie 13 est appliquée àun comparateur de phases 14. Celui-ci fait partie d'une boucle de phase 15 qui, à partir de la-sortie 16 du comparateur, comprend un amplificateur-filtre 17, dont la sortie 18 commande la fréquence des oscillations d'un oscillateur VCO 19. La boucle se ferme par un diviseur de fréquence 20, introduisant un facteur de division (A-i), dont la sortie 21 constitue la seconentrée du comparateur de phases 14. la sortie 22 de l'oscillateur 19 est en outre reliée à un diviseur de fréquence 23 introduisant un facteur de division B', et c'est à la sortie 24 du diviseur 23 que sont présentes les impulsions de mesure de les facteurs À, X, B' satisfont la relation 33' - A La fréquence FH est alors donnée par la formule : FH= A-1/A FR. On se réfère maintenant aux figures 4. Le diagramme de la figure 4a montre en M1 le front montant de la première apparition du phénomène considérée pour le comptage et le diagramme de la figure 4b montre le front M'n de l'apparition du second phénomène à partir de laquelle les apparitions ne sont plus considérées pour le comptage.Des moyens logiques permettent de fournir à partir du front M1 et du front M'n un signal de porte P représenté par le diagramme de la figure 4c qui, dans la représentation, est de forme rectangulaire avec un front montant a et un front descendant b. C'est ce signal p qui est appliqué sur une entrée 25 d'un circuit ET 26 (figure 5) sur l'autre entrée 27 duquel sont appli- quées les impulsions de mesure à la fréquence d'horloge FR. -Les impulsions présentes à la sortie 28 du circuit ET sont en nombre n qui mesure l'intervalle de temps entre les deux phénomènes. On se réfère maintenant aux figures 6 relatives à un mode d'exécution qui évite les erreurs qui peuvent être introduites par le fait qutun diagramme de porte réelle est différent de celui montré sur la figure 4c et présente, au lieu des fronts verticaux a et b, des pentes respectivement ascendante et descendante. Dans le mode d'exécution selon les figures 6, les créneaux représentatifs respectivement du premier et du second phénomènes ont été représentés comme habituel dans la réalité avec des pentes ascendantes et descendantes et non des fronts verticaux et l'invention consiste alors non pas à former une porte comme dans la forme de réalisation visée sur les figures 4 et 5, mais à mesurer la durée du phénomène par l'intervalle qui sépare l'intersection de l'impulsion Io avec le front ascendant mo et l'intersection de l'impulsion In avec le front ascendant m'n comme montré par le diagramme de la figure 7a. Le diagramme de la figure 7b est analogue au diagramme de la figure 7a mais correspond à une modification dans la pente des créneaux, comme il s'en produit : comme ces modifications sont identiques pour les fronts m et m', il n'en résulte pas une variation de la mesure de la durée T du phénomène. Une modification des seuils de déclenchement est également dans ce cas sans influence sur la mesure à condition que ceux-ci varient de la m8me façon. La figure 8 est un schéma d'un appareil pour la mise en oeuvre de ce mode d'exécution. Le signal m est appliqué sur une entrée 30 d'un circuit ET 31, sur la seconde entrée 35 duquel est appliqué le signal d'horloge ou impulsion de mesure de fréquence FR introduit 'par l'entrée 34, qui est par exemple la sortie 24, dans le cas où les impulsions de mesure sont produites par le dispositif montré sur la figure 3. Les impulsions à fréquence d'horloge sont en outre appliquées par une entrée 36 sur un second circuit ET 33 qui reçoit sur son entrée 32 les signaux m'. Ta sortie 37 du circuit ET 31 est appliquée à un monostable 38 dont la sortie 47 constitue l'entrée d'un circuit ET 48. La seconde sortie 46 du mono stable 38 est appliquée à un circuit ET 45 dont l'autre entrée 44 est fournie par la sortie 43 d'un monostable 42 recevant les impulsions d'horloge par l'intermédiaire d'une ligne à retard 41. La seconde entrée du circuit ET 48 est reliée par le conducteur 49 à la sortie d'une bascule 50 dont une entrée est reliée à la sortie du circuit ET 45 et dont l'au- tre entrée 51 est une entrée de remise à zéro. La sortie du