Brevet FR2246879A1 — publié le 19750502

L'invention est relative aux dispositifs pour la mesure dimpQdancescaes dispositifs sont agencés pour fournir une mesure automatique- affichée numériquement. Les dispositifs de ce genre sont ntilisés dans toutes les applications relevant physiquement de la mesure dtune impédance, soit comme exemples non limitatifs,dans leur mesure proprement dite,dans les capteurs de déplacement,dans les codeurs, les détecw teurs,les générateurs de fréquences. Les dispositifs actuellement connus associent un pont classique,type Sauty,Maxwell ou leurs drivés à un détecteur d'ampli- tude dans la diagonale appropriée.La mesure consiste à faire varier l'impédance de l'un des bras du pont pour rétablir l'équili- bre.Il faut alors faire un aalcul dtimpédance du type zi=z2 pour obtenir la valeur cherchéetce qui se preste difficilement à un affichage numérique simple. Ltinvention a notamment pour but de remédier à ces diffi cultés,en fournissant un pont à accord automatique ave-c affichage numérique simultané de la-valeur. A cet effet le dispositif selon l'invention est caractéri set par le fait qutil comporte des premiers moyens de comparaison dtimpédances agencés en pont, des seconds moyens de détection d'é quilibre,des troisièmes moyens d'alimentations de ce pont, des quatrièmes moyens de visualisation de la mesure, comme le montre le schéma bloc de la figure 1. Suivant une autre caractéristique de l'invention le dispositif comporte des moyens pour faire varier la fréquence de la source d'alimentation du pont. Suivant une autre caractéristique de l'invention le dispositif comporte des moyens de détection- de phase capables de réduire les erreurs de mesure. Suivant une autre caractéristique de l'invention le dispo sitif comporte des moyens de visualisation de la mesure. D'autres caractéristiques de l'invention apparattront à la lecture de la description qui va suivre et en référence au dessin annexé dans lequel: Figi est un schéma bloc du dispositif, Fig2 est un schéma électrique du dispositif selon une réalisa tion de l'invention, Fig3 est une représentation des signaux de fonctionnement du dispositif, Fig4 est une caractéristique de transfert possible du VCO, Fig est un schéma d'une variante de l'invention, Fig 6 est une ~caractéristique de transfert des PLL de la fig5 Fig7 est un schéma possible de périodemètre. Les impédances 23,24,25 et 26 sont montées dans les quatre branches- d'un pont;23et 24 sont des résistances de valeurs P et Q constituant la tête de pont;25 est une résistance de valeur R,26 une réactance de valeur X(fig 2)0Latension alternative d'alimentation du pont,constituée par les signaux FD et F0 égaux et en opposition de phase,apès amplification différentielle dans l'amplificateur 1 de gain G à travers les résistances 27 et 28 génère le signal carré A.La tension alternative dans la seconde diagonale du pont,constituée par les signaux FQD et FQO en opposition de phase,après amplification différentielle dans l'amplificateur 2 de gain 2G à travers les résistances 29 et 30 génère le signal carré B.Les éléments P,Q et R sont de préférence choisis égaux. A l'accord du pont,X=Xo=R;les signaux A et B sont en quadrature. Ces signaux A et B à travers un circuit OU exclusif de type connu génèrent aux bornes de 4 le signal C qui à l'accord, se trouve être un signal carré de fréquence double.Lorsque le pont se trouve désaccordé par une variation de I,C devient un train d'impulsions modulées en largeur.Ce signal C est symétrisé par rapport à la masse par le condensateur 5,amplifié dans l'amplificateur 8 et ses éléments associés 6,7 et 9,ramené à la masse par 10 pour engendrér le signal D, d'amplitude - V aux bornes de 14. L'alternance positive détectée dans 15 par la diode 12 et la résistance 13 génère la tension continue +V;ltalternance négative séparée parla diode 71 est sommée avec +V à l'entrée d'un intégrateur 18 associé à l'amplificateur 19.Les résistances 16 et 17 sont réglées de telle façon que la tension E soit nulle à l'accord du pont:il en est ainsi pour R16=2R17. Le réseau de sommation 20,31 et 32 est destiné à polariser l'oscillateur au point P de sa caractéristique fréquence/tension (fig 4); une tension négative -REF est nécessaire à cet effet. L'élément 22 est un convertisseur tensionjfréquence de type connu: c'est un dispositif qui génère un signal de fréquence proportionnelle à la tension de commande fournie à son entrée.Le condensateur 21 constitue avec R20 un filtre passe bas vis à vis de la sortie de l'intégrateur. Un désaccord +DX de la réactance Xo crée un retard de phase de B par rapport à A,le point(fig 4) P se déplace vers l'origine, la fréquence diminue et rétablit l'équilibre du pont dans le cas d'une réactance selfique;pour une réactance capacitive il importe que la fréquence augmente pour 0( faire,ce qui conduit i illvers-r les polarités des diodes 11 et 12.Pour un désaccord -DX le resonnement est inversé,B avance de phase par rapport à A,P s'éloigne de l'origine si la réactance est selfique,la fréquence augmente et rétablit ltéquilibre;pour X capacitif,les diodes 11 et 12 inversées,P rejoint ltorigine,la fréquence diminue jusqu'à l'accord du ppnt. Enfin le dispositif d'affichage est un périodemètre numé- rique de type connu illustré par la figure 7.En effet on a à l'ac- cord RCQe1,soit t=kC avec k=ZBR LR=1,soit T=kL avec k=2tr/R. Dans les deux cas T est une mesure de L ou de C à un facteur d'é- chelle k constant si R=1.La résistance R peut Btre commutable pour changer de facteur k. Un tel périodemètre peut être utilement constitué par une porte ET commandée par une bascule B,une horlogeh,un compteur,un registre latch et un affichage à cristaux liquides. Certaines applications peuvent conduire à une relation linéaire entre la fréquence et la valeur à mesurer; ceci conduit à utiliser un fréquencemètre sans pour autant sortir du cadre de cette invention. Il ressort de ce qui précède que l'invention permet,par un asservissement de phase avec méthode de zéro,de verrouiller,automatiquement ctest à dire sans intervention mécanique,la fréquence d'alimentation d'un pont sur sa caractéristique d'accord, cette fréquence étant directement représentative de la valeur de l'élé- ment réactif à mesurer. Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réali sation décrit;on pourrait au contraire concevoir diverses varian tessans sortir de son cadre. Une variante particulièrement intéressante est donnée fig5 dans laquelle Xl et X2 varient en sens inverse ce qui nécessite deux alimentations séparées,de caractéristiques opposées(fig6), pour les deux branches du pont. Boucle de phase PLL1 f=fl-aV Boucle de phase PLLZ f=f2+aV nEVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure automatique d'une impédance caractérisé par le fait qu'il comporte des premiers moyens (23, 24,25,26) pour constituer un pont d?impédances,des seconds moyens (1,2,3t51810,i1,i2,i4,15,i6,17) pour détecter ltéquilibre du pont,des troisièmes moyens(22) pour ltalimenter en signaux alternatifs. 2; Dispositif selon la rèvendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens (3) de comparaison de phase entre les signaux des deux diagonales du pont. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2,carac toisé par le fait qu'il comporte des moyens(33) de visualiser l'impédance à mesurer 4. Dispositif selon l'une des revendications 1à3, caractérisé par le fait qu'il comporte des moyens de faire varier la fré quence d'alimentation du pont(l8,l9,20,21). 5) Dispositif selon l'une des revendications 1 à 4, carac triste par le fait qu'il comporte des impédances(23,24,25,26);des amplificateurs(1,2) pour amplifier les tensions des diagonales du pont et fournir les signaux A et B; des moyens(3) de comparaison de phase donnant aux bornes de(4)le signal C,symétrisé par rapport à la masse par la capacité(5);un amplificateur écréteur(8)pour donner le signal D,dont les deux alternances,séparées par les dio des(1 1,12) ,l'une étant intégrée par le condensateur(l5),sont sommées pour donner un signal d'erreur E, qui après intégration dans (18) par l'amplificateur(19),polarise l'oscillateur(22) après filtrage par les moyens(20,21) et sommation à une tension continue -,tEF par les moyens(31,32). 6. Dispositif selon la revendication 5,caractérisé par le fait que les moyens de comparaison de phase sont constitués par un circuit OU EXCLUSIF propre à coopérer avec l'une ou l'autre des sorties des amplificateurs(l,2)pour prélever le signal C. 7. Dispositif selon l'une des revendications 5 et 6,caracté risé par le fait que les moyens de visualisation de la mesure sont constitués par un périodemètre(33). Dispositif selon l'une des revendications 5 à 7,caracté risé par le fait que les moyens de faire varier la fréquence sont constitués par un intégrateur(19) propre à coopérer avec un si gnal d'erreur E. 9. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8,caracté risé par le fait qu'il comporte des moyens (25) par exemple pour faire varier le facteur d'échelle. 10. Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8,carac térisé par le fait qu'il comporte des moyens(8,10,11,2,14,15,16, 17) rendant la comparaison de phase indépendante de l'amplitude du signal D.