Brevet FR2250096A1 — publié le 19750530

L'invention concerne des appareils de positionnement ou de centrale d'objets. L'invention propose un appareil de positionnement ou de contrôle d'un objet, qui comprend un organe d'entrée servant à engendrer un signal analogique indiquant un paramètre d'objet, un convertisseur analogique-digital servant à convertir ce signal en un signal digital, une série de premiers et de deuxièmes conducteurs, chacun des premiers conducteurs étant relié aux deuxièmes conducteurs par des éléments émetteurs de lumière, des moyens répondant au convertisseur de manière à exciter l'un des premiers conducteurs et d'autres moyens répondant au convertisseur de manière à exciter l'un des deuxièmes conducteurs et à causer ainsi l'émission de lumière par l'un des élément. Les particularités et avantages de l'invention seront plus faciles à comprendre grace à la description - suivante portant sur un mode d'exécution, donnée à titre d'exemple non limitatif et avec référence aux dessins annexés sur lesquels: Les figures 1A et 1B montrent un schéma électrique d'un appareil selon l'invention et, La figure 2 montre des formes d'onde associées à une partie de l'appareil. L'appareil que l'on va décrire est conçu pour donner une lecture numérique visuelle de la position ou de l'état d'un objet, par exemple d'un outil de machine. A cet effet, un signal analogique indiquant la position ou ltétat de 11 objet est transmis d'un capteur à un convertisseur analogique digital, qui fournit des impulsions codées à une unité de décodage et d'affichage, laquelle fournit une lecture numérique. Cela peut se faire, soit par l'affichage d'une série de nombres, soit par l'éclairage d'un indicateur associé à une échelle portant des nombres. Dans le mode d'exécution représenté par les dessins, le signal d'entrée arrivant à l'appareil peut entre positif ou négatif selon la position ou l'état de l'objet. Il est avantageux que ce signal + J - soit converti en un signal + / + car cela simplifie le montage. Cette conversion est effectuée dans un circuit d'entrée 10 (figure 1A). Le signal d'entrée passe par un amplificateur separateur 15 qui, à son tour, alimente un amplificateur générateur de signal de polarité 16 et un convertisseur 17 qui convertit le signal plus. / moins en un signal plus / plus.Le convertisseur 17 comprend deux amplifi cateurs opérationnels 17a et 17b présentant tous deux des étages de sortie à circuit collecteur ouvert qui sont couplés entre eux et à la terre par l'intermédiaire d'une charge commune. Le signal d'entrée est appliqué au convertisseur 17 et le gain de l'amplificateur tampon 15 est réglé de telle sorte que le niveau d'entrée ne soit pas restreint, de manière à per mettre une large résolution. On a trouvé qu'une excursion de signal d'entrée 10V est appropriée. Quand un signal positif est appliqué au convertisseur, l'amplificateur 17a suit en tension et n'inverse donc pas le signal, de sorte que le signal de sortie est positif. Quand la tension d'entrée est nulle, celle à la sortie est également nulle, mais si alors le signal d'en trée devient négatif, la sortie de l'amplificateur 17a tend à le suivre. Toutefois, étant donné que la charge sur le collec teur est de O V, l'étage de sortie de l'amplificateur 17a ne peut pas conduire le courant en sens inverse et donc, l'amplifi cateur 17a est maintenant polarisé en sens inverse par l'entrée négative.L'amplificateur 17b, par contre, est un inverseur: donc, bien que le signal d'entrée soit négatif, étant donne l'inversion de l'amplificateur 17b, sa tension de sortie est positive, ce qui fait que l'étage à collecteur ouvert est conducteur et qu'ainsi la sortie suit le signal négatif d'en trée, mais en sens inverse, c'est-à-dire que la sortie est positive. Le point de changement exact est théoriquement le point zéro de la tension d'entrée; cela n'est pas praticable à cause de légères tolérances de fabrication, mais une erreur de quelques dizaines de > iV est acceptable, car avec un signal d'entrée de 10 V, on a une précision d'environ 0,001 % sur la conversion d'un signal +/- en un signal +/+ Le signal de sortie du convertisseur 17 est appliqué à un convertisseur analogique-digital qui comprend un seul cir cuit générateur de dents de scie 11 et un circuit compteur 12. Le circuit Il donne un signal qui varie de façon linéaire d'une tension positive vers O V et le signal d'entrée au convertis seur est comparé à ce signal de dents de scie par un compara teur 18 dont le signal de sortie est amené à un dispositif de porte 19 servant à commander la transmission du signal de sortie digital du circuit Il au circuit compteur 12. On décrira maintenant en détail le fonctionnement du circuit générateur de dents de scie 11. On supposera que le point nAn du circuit tende vers zéro, en partant de la barre d'alimentation IVE. Cela signifie que la tension de sortie de l'amplificateur 20 doit titre au niveau de la tension de barre IVE. Done, la conduction se fait par la résistance R2, puisque Rn, Dl est polarisé en sens inverse. La résistance R2, avec le condensateur de réaction Cl, permet à la tension de sortie de l'amplificateur 21 de tendre vers zéro de façon linéaires selon les valeurs de C1, R2. Quand la tension de sortie de l'amplificateur 21 atteint zéro, un amplificateur 22, à gain élevé, y est sensible et se sature immédiatement en sens inverse, de sorte que la tension de sortie de l'amplificateur 22 devient positive, ce qui a pour effet de polariser dans le sens direct le transistor 23 qui se sature, portant son collecteur à O Va Par suite, un condensateur C2 se décharge Jusqu'à O V et l'entrée + VE de l'amplificateur 20 devient inférieure à sa tension d'entrée -E. La sortie de l'amplificateur 20 devient également négative, ce qui a maintenant pour effet de polariser Dl dans le sens direct par l'intermédiaire de R1 (qui vaut 1/10 de R2), de sorte que la tension de sortie de l'amplificateur 21 est inversée et qu'elle varie en tendant vers la tension de barre +VE (pente +VE - pente -VE). La cathode de la diode D1 est portée à la tension de barre +VE grtce au fait que l'amplificateur 21 tend vers la tension de barre +VE, en polarisant D2 en sens inverse. Ainsi, la tension de sortie de l'amplificateur 20 n'est pas affectée & ce stade, mais le collecteur du transistor 23 a effectué une pulsation en passant par zéro pour revenir à la tension d'alimentation +VE en un temps qui est de l'ordre de quelques 'lB. Ainsi, quand la dent de scie atteint zéro, le transistor 23 fournit une impulsion de quelques jus (durée du cycle de 1' am- plificateur 21 du générateur de dents de scie). La tension d'entrée +VE de l'amplificateur 20 s'élève maintenant à la tension de barre +VE à une vitesse déterminée par la constante de temps de R3 et C2 qui est choisie telle qu > à la plus grande vitesse d'échantillonnage, 11 amplificateur de dents de scie 21 a terminé sa pente positive, où A reste jusqu'à ce que l'entrée +VE de 11 amplificateur 20 atteigne sa sortie -VE lorsque la sortie de l'amplificateur 20 change de sens, de sorte que l'amplificateur 21 tend à nouveau vers zéro.En faisant varier la constante de temps de R3/C2, on peut porter la vitesse d'échantillonnage à toute valeur désirée Le dispositif de porte 19 comprend trois portes NOR (NON-OU) 19a, 19b, 19c. Des impulsions d'horloge sont fournies de façon continue à une entrée de la porte 19c, l'autre entrée étant à zéro. La borne de comptage I/P reçoit ainsi un flux continu d'impulsions. Quand la dent de scie arrive à zéro, une impulsion négative est appliquée aux entrées de la porte 19b et elle apparut i la sortie de la porte 19b sous la forme d'une impulsion positive qui est amenée aux circuits de verrouillage du circuit de comptage 12 pour introduire l'information.Pour assurer que le comptage soit stationnaire à ce moment, la sortie de la porte 19b est aussi raccordée à la porte l9c de manière à inhiber les impulsions qui entrent dans les compteurs 23, 24, 25, tandis que de l'information est transférée de la sortie du compteur aux registres 26 27. La sortie de la porte 19b est aussi reliée à la porte de remise à zéro 19a pour assurer que le compteur 23 ne soit pas remis à zéro pendant que les registres sont alimentés. Le signal "remise a' zéro" est appliqué au compteur 23, de sorte que celui-ci est maintenu à zéro sauf quand l'amplificateur 18 est en action, c'est-à-dire quand la dent de scie est égale ou inférieure au signal d'entrée.Alors le compteur 23 enregistre seulement des impulsions lorsque la dent de scie coupe le signal d'entrée,de manière à supprimer la remise à zéros Quand la dent de scie atteint 0 V, une impulsion de quelques > :s est engendrée à la sortie d'introduction dans le registre de la porte 19b, ce qui inhibe aussi le signal de remise à zéro et le signal de comptage I/Po Quand cette impulsion disp att, l'information a été introduite dans les regis treks, Le comptage I/P est alors libéré, mais la grandeur de compte est sans signification, puisqu'il n' aura pas d'information introduite dans les registres avant le cycle suivant comme ci-dessus. On voit que le circuit composé des amplificateurs 20, 21 et 22 commande le fonctionnement du convertisseur et, étant donné que les amplificateurs 20, 21, 22 sont disposés en boucle fermée,des signaux de mise en route et de fin du générateur de dents de scie sont produits automatiquement. Avec cette disposition, la précision du convertisseur dépend seulement de la fourniture d'une tension d'alimentation stable, d'une dent de scie linéaire et de la fréquence des impulsions d'horloge. Le comptage correspondant au signal d'entrée du circuit d'entrée 10 est retenu dans le circuit compteur 12 sous forme de signal décimal codé en binaire (BCD), Le signal BCD est fourni au circuit de décodage et d'affichage 13 où il est décodé et sert à allumer l'un de plusieurs dispositifs émetteurs de lumière (ID). Le circuit de décodage et d'affichage 13 comprend un affichage IED,adressé par matrice, qui est de structure simple grEce à l'utilisation des convertisseurs BCD-décimal 30 et 31. Le convertisseur 30 est conçu pour afficher les premiers signaux de décodage venant du compteur 25 et il a une capacité d'abaissement de courant suffisante pour exciter les IED,tandis que le convertisseur 31 est conçu pour afficher les deuxième signaux de décodage venant du compteur 24. Le convertisseur 31 est relié à la matrice d'affichage par l'intermédiaire de deux dispositifs de porte 32 et 33, comprenant plusieurs portes NOR qui commandent la transmission des sorties du convertisseur 31 selon la polarité du signal d'entrée primitif. Dans les registres 26, 27, 28 est retenue l'information que l'on désire afficher, en meme temps que la polarité du signal. L'information est sous la forme de deux décades bi nairFce qui donne un affichage possible de O à 99 (total 100) étapes positives et négatives Toutefois, le circuit représenté donne un affichage à 51 étapes. Si l'on désire un affichage plus grand, il faut deux autres dispositifs de portes On expliquera le fonctionnement du circuit de décodage et d'affichage 13 à propos de quelques exemples, par exemple "zéro" +9 et -21. Dans 11 état zéro, la sortie ttO" du convertisseur 30 est reliée à la terre.La deuxième sortie 1T0ll du convertisseur 31 est aussi reliée à la terre et il commute la porte 2 du dispositif de porte 33 de manière à donner une sortie "haute". Dans cet état, le IED ttOlt est polarisé dans le sens direct et s'allume. Pour +9, la sortie 9 du convertisseur 30 est reliée à la terre. La sortie 1g0ll du convertisseur 31 est à zéro,de sorte que la sortie de la porte 2 est à nouveau "haute",mais la sortie "O" du convertisseur 30 est maintenant haute, de sorte que le LED "O" est polarisé dans le sens de l'extinction. Toutefois, la sortie 9 est basse et,quand le conver tisseur de deuxième décade 31 est à zéro, il faut que la porte 3 ou la porte 4 (selon la polarité) soit bloquée. Etant donné qu'il s'agit de portes NOR, les deux entrées doivent être à zéro, de sorte qu'avec un signal d'entrée de polarité +VE à afficher, un "1" logique est appliqué par le registre 28 à la porte 4 et l'habilite de manière à donner une sortie basse et ainsi, à polariser dans le sens inverse cette ligne parti culière de SIED.Le signal de polarité est aussi inversé par l'intermédiaire de la porte 1, ce qui applique un "O" logique à la porte 3, ce qui fait qu'avec le zéro de l'autre entrée, elle donne un1,111 logique à sa sortie. Entant donné que le premier convertisseur 30 présente un zéro à sa sortie "9", le LED situé à la jonction des sorties de la sortie "9" et de la porte 3 est polarisé dans le sens direct et s'allume. Quand il s'agit d'afficher une représentation de --21, la sortie "1" du convertisseur 30 est reliée à la terre et la sortie "2" du convertisseur 91 est reliée à la terre. Cette sortie "2" est reliée aux portes 7 et 8 du dispositif de porte 33. Le signal de polarité est négatif; donc, la ligne "pola rité" est à zéro, de sorte qu'un zéro est appliqué à la porte 8. L'entrée de la porte 9 est à "1" logique par suite de l'inversion du signal de polarité par la porte 1 et elle polarise ainsi en sens inverse tous les IED reliés à sa sortie. La porte 8 présente maintenant deux zéros à ses entrées, de sorte que sa sortie devient "haute". Cette ligne étant maintenant au niveau haut et la position "1" du convertisseur 30 étant à zéro, le LED situé à cette jonction (-21) s'allume. L'appareil décrit ci-dessus présente deux particulari tés avantageuses. La première est le circuit générateur de dents de scie, qui donne une tension de dents de scie exacte ment définie en utilisant use technique simple de réaction; La deuxième réside dans l'utilisation de convertisseurs binaire décimal et l'affichage par matrice des T*Fn de décodage, qui permettent une économie notable sur le nombre de composants utilisé. C'est l'utilisation de la fonction fondamentale de IED d'une diode dans le décodage qui permet cette diminution du nombre de composants. Les convertisseurs et les dispositifs de porte sont tous des circuits intégrés, de sorte qu'en rédui sant leur nombre, on réduit fortement le coflt de l'appareil.On peut utiliser des circuits intégrés provenant de nombreux fabri cants différents, mais on a trouvé avantageux d'utiliser ceux qui sont fabriqués par vexas Instruments Inc. et les nombres sur lez dessins donnent les numéros de ces circuits. On peut évidemment apporter diverses modifications au circuit représenté. Par exemple, le circuit d'entrée peut ttre modifié pour améliorer la précision du système dans une gamme particulière. A cet effet, on augmente le gain d'un des amplificateurs utilisés dans le convertisseur 17. Une telle modification est particulièrement utile dans l'industrie oh il faut une course d'approche avec une mesure gros sière pour l'usinage grossier et une mesure fine pour l'opé ration de finition. Il faut noter que,-le signal d'entrée étant un signal +/, la sortie affichée n'est pas nécessaire ment un affichage à zéro central comme on l'a décrit. REVESDlOAXIONG lo Appareil de positionnement ou de contrtle d'un objet, qui comprend un organe d'entrée servant à engendrer un signal analogique indiquant un paramètre d'objet, un convertisseur analogique-digital servant à convertir ce signal en un signal digital, une série de premiers et de deuxièmes conducteurs, chacun des premiers conducteurs étant relié aux deuxièmes conducteurs par des éléments émetteurs de lumière, des moyens répondant au convertisseur de manière à exciter l'un des premiers conducteurs et d'autres moyens répondant au convertisseur de manière à exciter l'un des deuxièmes conducteurs et à causer ainsi l'émission de lumière par l'un des éléments. 2. Appareil selon la revendication 1 dans lequel les premiers et deuxièmes conducteurs sont disposé8 de manière à former une matrice. 3. Appareil selon l'une des revendications 1 et 2, dans lequel les éléments sont des diodes émettrices de lumière. 4. Appareil selon les revendications 1 à 3, dans lequel le convertisseur analogique-numérique comprend un circuit générateur de dents de scie et un circuit compteur. 5. Appareil selon la revendication 4, dans lequel le circuit compteur comprend un générateur d'impulsions servant à engendrer un train d'impulsions, un dispositif à portes et au moins - un- compteur servant à compter les impulsions. Bppareil selon les revendications 4 et 5, dans lequel le circuit générateur de dents de scie comprend un integrateur servant à engendrer une tension linéaire en dents de scie. 70 Appareil selon la revendication 6, dans lequel le circuit générateur de dents de scie comprend des moyens fournissant une tension d'entrée à l'intégrateur. 8. Appareil selon les revendications 6 et 7,dans lequel le convertisseur analogique-numérique comprend en outre un comparateur servant à comparer le signal analogique à la tension en dents de scie venant de l'intégrateur et à engendrer une sortie indiquant la tension du signal analogique. 9. Appareil selon les revendications 7 et 8,dans lequel le circuit générateur de dents de scie comprend en outre un détecteur servant à détecter le moment où la tension de dents de scie atteint un niveau de référence. 10. Appareil selon la revendication q, dans lequel le dispositif de porte est relié au générateur a d'impulsions, au comparateur et au détecteur, le comparateur et le détecteur étant conçus pour fournir des signaux de commande au dispositif à portes, de manière à commander l'arrivée d'impulsions du générateur d'impulsions au compteur. 11. Appareil selon les revendications 9 et 10, dans lequel la source de tension comprend un circuit de commande relié au détecteur et conçu pour changer la polarité de la tension d'entrée au comparateur quand le détecteur détecte le niveau de référence. 12. Appareil selon les revendications 1 à Il, dans lequel les moyens répondant au convertisseur sont tous deux formés de décodeurs binaires. 13. Appareil selon la revendication 12, dans lequel les décodeurs binaires sont des décodeurs décimaux codés en binaire 14. Appareil selon les revendications 1 à 13, dans lequel un signal d'entrée comprend une partie d'une première polarité et une partie d'une deuxième polarité et 1' organe d'entrée est formé de moyens d'inversion de polarité servant à inverser la polarité de la partie du signal qui a la deuxième polarité, de manière à donner le signal analogique ayant seulement la première polarité. 15. Appareil selon la revendication 14, dans lequel les moyens d'inversion de polarité sont formés de deux amplificateurs munis d'une entrée commune et dont les sorties sont reliées ensemble, l'un des amplificateurs étant conçu pour inverser la polarité de la partie du signal qui a la première polarité0 16. Appareil selon la revendication 15, dans lequel le gain des amplificateurs est le même. 17. Appareil selon la revendication 15, dans lequel le gain d'un des amplificateurs est différent de celui de l'autre. 18. Appareil selon les revendications 14 à 17, dans lequel les moyens d'entrée comprennent en outre des capteurs servant à détecter la polarité du signal d'entrée.