Brevet FR2262793A1 — publié le 19750926

La pressente invention concerne un quotient-mètre numérique et plus particulièrement un dispositif quotient-mètre pouvant mesurer le quotient entre deux variations d'une grandeur variable fonction lineaire du temps. tes appareils de mesure numérique tendent de plus en plus de nos jours à remplacer les appareils analogiques. Cette tendance s'explique par le fait que les données recueillies sont le plus souvent traitées par des machines calculatrices numériques ne pouvant recevoir les données que sous forme numérique. I1 est possible actuellement de convertir les données analogiques recueillies en données numériques en utilisant un convertisseur analogiquenumérique. Nais de tels dispositifs sont complexes et relativement coûteux. Lorsqu'il s'agit de mesurer des grandeurs fonctions linéaires du temps ou plutôt leurs variations en fonction du temps il est possible d'obtenir une mesure numérique directe. POur ce faire, il suffit d'incrémenter un compteur avec des impulsions fournies par un générateur de fréquence pendant tout le temps de la variation de la grandeur à mesurer. Connaissant la fréquence du générateur de fréquénce, il est alors aisé de déduire la variation à mesurer à partir du contenu final du compteur. Mais il faut alors connattre la fonction qui relie la grandeur par rapport au temps pour pouvoir interpréter le contenu du compteur. En outre la précision de la mesure dépend directement de la précision sur la fréquence du générateur. I1 va de soi que si l'on désire une grande précision dans la mesure il faudra alors utiliser un générateur de fréquence très précis. D'autre part, pour éviter les erreurs dues aux mesures absolues, on a songé à utiliser des quotient-mètres qui donnent le quotient de deux grandeurs de même nature. En fait jusqu'à présent n'ont été utilisés que des quotient-metres pour mesurer des rapports de grandeurs analogiques et principalement des grandeurs électriques. A ce sujet le brevet I 4S0 734 décrit des dispositifs quotient-mètres à grande dynamique d'entrée, L'objet principal'de l'invention est donc un quotient-mètre donnant numériquement le quotient entre deux variations d'une même grandeur fonction linéaire du temps, Encore un objet de l'invention est un quotient-mètre numérique utilisant un générateur de fréquences, fournissant une mesure indépendante de l'erreur sur la détermination des fréquences fournies par le générateur. Encore un objet de l'invention est un quotient-mètre numérique pouvant être utilisé en tant que phase-mètre pour la mesure d'angles de rotation. Encore un objet de l'invention est un quotient-mètre numérique pouvant être utilisé en tant que tachymètre. Ces objets ainsi que d'autres sont réalisés par un dispositif dans lequel on commence par compter des impulsions à une fréquence F1 fournies par un générateur de fréquence à un premier compteur pendant un premier intervalle de temps t1. Ce compteur est remis à zéro et une impulsion est engendrée par un moyen associé chaque fois que son contenu atteint une valeur prédéterminée, les impulsions engendrées étant alors comptées dans un deuxième compteur. Puis des impulsions à une fréquence F2 sont fournies par le générateur de fréquence à un troisième compteur pendant un deuxième intervalle de temps. Chaque fois que le contenu de ce dernier atteint la valeur contenue dans le deuxième compteur, un moyen de comparaison engendre une impulsion qui incrémente un quatrième compteur et remet le troisième compteur à zéro.A la fin du deuxième intervalle de temps, le contenu obtenu dans le quatrième compteur est un nombre proportionnel au quotient du deuxième intervalle de temps par le premier intervalle de temps. En supposant que le premier intervalle de temps corresponde à une variation connue d'une grandeur variable, fonction linéaire du temps et que le deuxième intervalle de temps corresponde à une variation inconnue de cette même grandeur, le contenu final du quatrième compteur représente alors une mesure à un coefficient près de la variation inconnue de la grandeur variable. Un tel dispositif présente l'avantage d'être indépendant de l'erreur sur les fréquences engendrées par le générateur de fréquence, comme on le verra par la suite. Le dispositif de l'invention est particulièrement utile dans un système automatique de diagnostic et de test de véhicules utilisant un dispositif de traitement numérique. En effet, il peut être utilisé comme phase-mètre pour la mesure de l'avance à l'allumage du moteur à combustion interne du véhicule testé ou pour la mesure de l'angle de came de ce moteur; et il peut être utilisé également comme tachymètre pour mesurer la vitesse de rotation du moteur et bien évidemment-il peut être utilisé comme chronomètre. Le dispositif donnant directement des mesures numériques, il n'est pas nécessaire d'utiliser un convertisseur analogique-numérique pour le relier au dispositif de traitement numérique du système automatique. L'invention sera mieux comprise en se référant à la figure unique qui représente un bloc-diagramme du quotient-mètre selon l'invention. En se reportant à la figure unique, le circuit de commande I reçoit par les lignes 2a et 2b les valeurs de la grandeur variable dont on veut mesurer le quotient. Un générateur d'impulsions 3 engendre deux trains d'impulsions de fréquences F1 et F2 respectivement sur les lignes 4 et 5. Sur ces lignes 4 et 5 se trouvent respectivement deux commutateurs 6 et 7 dont l'état de commutation est commandé par le circuit de commande 1. Cheque commutateur qui commande l'ouverture ou la fermeture de la ligne peut être de n'importe quel type connu dans la technique comme par exemple un circuit ET. Pendant le temps t1 correspondant à une variation e1 de la grandeur choisie, la circuit de commande 1 ferme le commutateur 5 (1e commutateur 7 restant ouvert) ce qui permet aux impulsions de fréquence F1 engendrées par le générateur 3 d'incrémenter un compteur 8. Le dispositif associé 9, programmé sur une valeur prédéterminée D engendre une impulsion sur la ligne 10 chaque fois que le compteur 8 atteint ladite valeur prédéterminée D. Mais la valeur D peut aussi être la capacité maximale du compteur, auquel cas, une impulsion de dépassement de capacité est engendrée lorsque le compteur atteint cette capacité. il est évident que dans ce cas le dispositif 9 n'est plus nécessaire.Les impulsions engendrées sur la ligne 10 incrémentent à leur tour un compteur il et en même temps remettent à zéro le compteur 8, A la fin-du temps t1, le circuit de commande 1 commande l'ouverture du commutateur 6 et arrête ainsi l'incrémentation du compteur 8. A ce moment, le compteur 11 a atteint la valeur Q et le compteur 8 contient R1, tel que R1 # D-1 Pendant-le temps k2 correspondant à une variation 82 de la grandeur choisie, le circuit 1 commande la fermeture du commutateur 7 ce qui permet aux impulsions de fréquence F2, engendrées par le générateur 3 sur la ligne 5, d'incrémenter un compteur 12-. Lorsque le contenu du compteur 12 atteint la valeur Q, le comparateur 13- envoie une impulsion sur la ligne 14 qui indique que les contenus des compteurs 11 et 12 sont égaux à Q. Cette impulsion incrémente un compteur 15 et en même temps remet à zéro le compteur 12- par son entrée RAZ. A la fin du temps t2, un nombre N d'impulsions a été accumulé dans le compteur 15 et le contenu du compteur 12 est égal à R2 tel que R2 S 0-1. Ainsi pendant le temps t1, n1 impulsions ont été comptées avec; n4 = F1t1 =DQ+R1 t13 Pendant le temps t2 on a compté n2 impulsions et #2 = F2t2 = QN+R2 (2) En combinant les équations (1) et (2) on tire: Puisque R1 # D-1 on a De même R2 # Q-1 entraîne Par conséquent si O et N sont suffisamment grands, ce qui est facilement réalisable avec des fréquences F1 et F2 très élevées, est négligeable devant Q et est négligeable devant N. Dans ce cas l'équation précédente devient soit F1, F2 et D étant constants on voit que le rapport est une fonction linéaire de N. Toutes les grandeurs variables, proportionnelles au temps ou fonctions linéaires du temps sont directement mesurables. En effet soit y=aT+b une telle grandeur (T étant le temps et a, b des constantes). On commence par mesurer le temps mis pour une variation e1 connue de cette grandeur soit T1-T0 = t1, on a alors #1 = y1-y0 = a(T1-T0) = at1 Puis on mesure le temps correspondant à la variation 62 de la grandeur, soit T2-T0 = t2, on a alors =y2-y0 = a(T2-T0) = a t2 donc soit On voit donc que le dispositif de l'invention permet de mesurer numériquement le quotient d'une variation inconnue d'une grandeur fonction linéaire du temps, par une variation connue de cette meme grandeur. L'avantage d'un tel dispositif réside dans le fait que l'erreur en fréquence du générateur de fréquence n'entraîne aucune erreur dans la mesure de la valeur #2 En effet, dans ce cas chacune des fréquences utilisées F1 et F2 est affectée d'un coefficient d'erreur identique qui n'a donc aucune influence sur le rapport On peut donc utiliser un générateur de fréquence ne présentant pas une très grande précision, donc peu coOteux. L'erreur sur la mesure s'établit ainsi. lorsque n1 impulsions à la fréquence F1 sont accumulées dans les compteurs 8 et 11 on a n1 = DQ l R1 et le fait de négliger R1 entraine une erreur sur O telle que D o = R1 t33 et la valeur O obtenue dans le compteur 11 est différente de de la valeur théorique vraie Q' donnée par l'équation n1=DQ# De même, lorsque n2 impulsions à la fréquence F2 sont accumulées dans les compteurs 12 et 15 on a n2 = NO + R2 t43 mais la valeur N dans le compteur 15 est différente de la valeur théorique vraie N' donnée par l'équation n2 = N'Q' (5) et c'est cette différence entre N et N' que nous allons calculer AN . (N -- N') En combinant les équations (3), (4) et (5), on trouve En tenant compte de 0 # R1 0 # R2 soit Ce résultat montre que si la mesure obtenue est plus grande que la valeur réelle, l'erreur relative est inférieure à 1/Q, et si la mesure obtenue est plus petiote que la valeur réelle, l'erreur commise est inférieure à la résolution du dispositif. On voit donc que pour obtenir une bonne précision on a intérêt à avoir des valeurs O élevées ainsi qu'une bonne résolution. De façon à mieux illustrer l'invention des exemples de réalisation du quotient-mètre comme phase-mètre pour la mesure d'angles ou comme tachymètre, vont maintenant être donnés. PHASE-METRE Dans tous les cas où un élément est en rotation autour d'un axe tels qu'un moteur en rotation, on peut être amené à mesurer l'angle dont se déplace cet élément pendant un certain temps ou le déphasage angulaire de cet élément par rapport à une position de référence. C'est le cas par exemple de l'avance à l'allumage d'un moteur à combustion interne ou bien encore de l'angle de came de l'allumeur d'un tel moteur Dans le cas de mesure d'un angle il est intéressant de prendre la référence #1 facilement déterminable. Par exemple, on pendra une rotation complète soit #1=360 ou un nombre entier de rotations. On a aussi intérêt à s'arranger pour que la valeur N donne directement la valeur 62 ou un multiplie décimal de #2 ce qui facilite la lecture - 2 Ainsi dans l'équation donnant 62 on choisit #1, F1, F2 et O-de telle façon que le rapport soit 1 ou un multiple de 10, et dans ce cas L'exemple suivant illustrera mieux l'utilisation du quotient-mètre en tant que phase-mètre. Exemple mesure de l'avance à l'allumage La mesure de l'avance revient à faire une mesure d'angle sur l'axe du moteur. Pour ce faire on utilise l'étincelle d'un cylindre de référence et un repère sur l'axe de façon à obtenir les impulsions de mise en route et d'arrêt nécessaires à la mesure. On prendra donc pour référence #1, la valeur d'angle correspondant au temps écoulé entre deux étincelles sur le cylindre de référence soit 61 = 7200. Le tableau suivant donne les valeurs de e2 en fonction de N, les erreurs relatives, la précision, obtenues avec des vitesses de rotation du moteur différentes, et avec différentes valeurs de D et des fréquences F1 et F2. Vitesse du #2 Erreur 1/Q Résolu moteur tion D = 90 800 t/mn #2 = N 0,045% 1 F1 = 108 1200 t/mn " 0,09% " F2 = 8.106 3000 t/mn " 0,22% " 6000 t/mn " 0,45% " D = 180 600 t/mn #2 = ## 0,18% 0,1 F1 = 5.105 1200 t/mn " 0,38% " F2 = 2.107 3000 t/mn " 0,9% " 6000 t/mn " 1,8% " D = 90 800 t/mn #2 = ## 0,045% 0,1 F1 = 108 1200 t/mn " 0,09% " F2 = 8.107 3000 t/mn " 0,22% " 6000 t/mn " 0,45% " On voit donc que dans le premier cas, 62 est donné directement par la valeur N, la résolution étant alors de 1 , et l'erreur par défaut 1/Q est très faible. Par contra dans les deux cas suivants la résolution est de 0,10 mais alors que dans le deuxième cas l'erreur 1/Q peut atteindre 1,8% elle n'est qu'au maximum de 0,45% dans le troisième cas. TACHYMETRE Dans l'utilisation en tachymètre on commence par fournir les impulsions à la fréquence F1 pendant le temps t1 correspondant soit à l'unité de longueur parcourue par le mobile dont on veut mesurer la vitesse linéaire, soit à un tour complet effectué par I'élément en rotation dont on veut mesurer la vitesse de rotation. Si V- est la vitesse à mesurer on a Vt =1 Puis les impulsions de fréquence F2 sont engendrées pendant un temps t2 connu, que nous prendrons comme sous-multiple d'une seconde on a donc k t2 =1 Par conséquent V t1 = k t2 ou soit ou Les exemples suivants illustreront mieux l'utilisation du quotientmètre comme tachymètre. Exemple 1 On se propose de mesurer la vitesse de rotation d'un moteur à combustion interne à deux temps. Pour cela on prendra pour t1, le temps séparant deux allumages consécutifs à un même cylindre. On prendra t2 = 1/20 secondes soit k=20, D=20 et les fréquences F1 et F2 égales à Hz. La vitesse est alors donnée par V=N Le tableau suivant fournit les résultats obtenus avec des temps t1 différents. t1 Q V Erreur Résolu 1/Q tion 10-1 5.103 600 t/mn 2.10 4 1 t/s -2 2,5.10 1200 t/mn 4.10-4 2.10-2 10 3000 t/mn 10-3 " 10-2 5.10 8000 t/mn 2.10-3 " Exemple 2 On se propose de mesurer la vitesse linéaire d'un projectile. Pour ce faire on prend pour t1 le temps mis par le projectile pour parcourir 1m et pour t2 un temps fixe egal à 1/20 s. Comme dans l'exemple précédent on choisit A=20 et les fréquences F1 et F2 égales à 5.108 Hz. Dans ce cas on a V = N. Le tableau suivant fournit les résultats obtenus avec des temps t1 différents. t1 Q V Erreur Résolu 1/Q tion 2.10-3 5.10 500 m/s 2.10-3 1 m/s 10-3 2,5.10 1000 m/s 4.10-3 " 8,6.10-4 185 1500 m/s 6.10-3 " Bien que l'on ait décrit dans ce qui précède et représenté sur le dessin les caractéristiques essentielles de l'invention appliquées à un mode de réalisation préféré de celle-ci, il est évident que lthomme de l'art peut y apporter toutes modifications de forme ou de détail qu'il juge utiles. sans pour autant sortir du cadre de ladite invention. REVENDICATIONS 1.- 4uotient-mètre numérique caractérisé en ce qu'il comprend; un générateur de fréquences un premier compteur dont l'entrée est connectée à la sortie dudit générateur pour compter des impulsions à une première fréquence reçues dudit générateur pendant un premier intervalle de temps, un moyen associé audit premier compteur pour engendrer une impulsion chaque fois que ledit premier compteur atteint un compte prédéterminé, et remettre à zéro ce dernier, un deuxième compteur dont l'entrée est connectée audit moyen associé pour compter lesdites impulsions engendrées chaque fois que ledit premier compteur atteint un compte prédéterminé, un troisième compteur dont l'entrée est connectée à la sortie dudit générateur pour compter des impulsions à une deuxième fréquence en provenance dudit générateur pendant un deuxième intervalle de temps, un moyen de comparaison pour comparer les contenus dudit deuxième compteur et dudit troisième compteur et engendrer une impulsion chaque fois que ces contenus sont égaux, ainsi que remettre à zéro ledit troisième compteur, un quatrième compteur dont l'entrée est connectée à la sortie dudit moyen de comparaison pour compter les impulsions en provenance dudit moyen de comparaison, le contenu dudit quatrième compteur à la fin dudit deuxième intervalle de temps étant une quantité proportionnelle au quotient dudit deuxième intervalle de temps par ledit premier intervalle de temps. 2,- 4uotient-mètre selon la revendication 1 caractérisé an ce que: ledit premier intervalle de temps correspond à une variation connue d'une grandeur variable fonction linéaire du temps, ledit deuxièmeintervalle de temps correspond à une variation 82 de ladite grandeur, que l'on désira mesurer le contenu N dudit quatrième compteur à la fin dudit deuxième intervalle de temps est tel que D étant ledit compte prédéterminé et F1 > F2 lesdites première et deuxième fréquences. 3.- quotient-mètre selon la rxvendication 2 caractérisé en ce que #.. F.. F2 et D sont choisis tels que de façon que N soit égal à la valeur de la variation 2 à mesurer. 4.- Quotient-mètre selon la revendication 2 ou 3 caractérisé en ce qu'il est utilisé en tant que phase-mètre pour la mesure d'un angle e2 dont tourne un élément en rotation autour d'un axe, e1 étant un angle de référance prédéterminé. 5.- Quotient-mètre selon la revendication 4 caractérisé en ce que ledit élément en rotation est un moteur à combustion interne et l'angle 92 à mesurer est l'avance à l'allumage dudit moteur. 6.- quotient-mètre selon la revendication 1 utilisé en tant que tachymètre et caractérisé en ce que ledit premier intervalle de temps correspond à l'unité de mesure parcourue par le mobile dont on veut mesurer la vitesse et, ledit deuxième intervalle de temps correspond à un temps prédéterminé t2 = k g le contenu N dudit quatrième compteur à la fin dudit deuxième intervalle de temps étant alors une quantité proportionnelle à la vitesse dudit mobile telle que 7.- Quotient-mètrs selon la revendication 6 caractérisé en ce que k, F1, F2 et 0 sont choisis tels que de façon que N soit égal à la vitesse V à mesurer. 8,- Quotient-mètre selon la revendication 6 ou 7 caractérisé en ce que ledit mobile est un élément en rotation autour d'un axe dont on veut mesurer la vitesse de rotation V. 9.- Quotient-mètre selon la revendication B caractérisé en ce que ledit élément en rotation est un moteur à combustion interne.