Brevet FR2302621A1 — publié le 19760924

La présente invention est relative aux dispositifs pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler, c'est-à-dire aux dispositifs aptes à extraire, d'un signal complexe ou impur, la fondamentale qui est à une fréquence déterminée et à démoduler cette fondamentale en la transformant en un signal continu. On sait qu'il existe de tels dispositifs comportant essentiellement un filtre pour extraire la fréquence fondamentale du signal électrique à traiter et un démodulateur pour démoduler la fondamentale ainsi extraite, c' est-à-dire pour la transformer en un signal continu. Ces dispositifs présentent une précision qui ne dépasse guère 1 % et cette précision n'est encore atteinte que si la fréquence fondamentale est stable. Or dans de nombreux cas la fréquence fondamentale n'est pas stable et ceci se produit en particulier dans les avions dont la fréquence de référence (généralement 400 Hz), qui est utilisée dans l'électronique de bord, n'est pas du tout stable. Il n'existe pas, à l'heure actuelle, du moins à la connaissance de la demanderesse, de dispositif extracteur de fréquence fondamentale et de démodulateur aptes à produire une précision bien supérieure à celle indiquée ci-dessus. Le problème se pose notamment dans le cas du traitement des signaux d'une vanne de flux, c'est-à-dire des signaux émis par un dispositif destiné à déterminer le cap magnétique, notamment à bord d'un avion, et dont, par exemple, les amplitudes (de la fondamentale à une fréquence double de la fréquence de référence de l'avion) sont proportionnelles au sinus respectivement de l'angle de cap brut, de cet angle de cap augmenté de 1200 et de cet angle de cap diminué de 1200. Avec les dérives habituelles de la fréquence de référence dans un avion, la précision de l'ensemble extracteur (de la fréquence fondamentale) - démodulateur qui serait de 1 à 20 sur le cap magnétique brut, si la fréquence était fixe, n'est généralement que de 5 à 60 lorsque cette fréquence varie. La présente invention a pour objet d'améliorer considérablement la précision d'un dispositif pour extraire la fréquence fon dasentale d'un signal électrique et pour la démoduler, notamment lorsque ce signal électrique est constitué par celui qui est débité par une vanne de flux; la précision est multipliée par un fac teur de 3 à 10 par rapport à celle obtenue dans le cas d'une fréquence fixe avec les dispositifs antérieurs et est encore plus accrue lorsque cette fréquence varie étant donné que les dérives de fréquence de la fondamentale n'influencent guère le dispositif selon l'invention; on peut ainsi, au lieu de la précision de 5 ou 60 sur le cap magnétique brut, réduire l'erreur à environ vingt minutes d'arc avec le dispositif selon l'invention. L'invention a donc pour objet un dispositif pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler et il est caractérisé par le fait qutil comporte, d'une part à la manière connue, un filtre passe-bande à bande étroite, centrée sur ladite fréquence avec une entrée et une sortie, et un démodulateur isophase à ladite fréquence fondamentale, avec une entrée connectée à la sortie dudit filtre et une sortie constituant la sortie dudit dispositif, et, d'autre part selon l'invention, un modulateur à une fréquence égale à ladite fréquence fondamentale, avec une entrée connectée à la sortie dudit démodulateur et une sortie, et un sommateur avec une entrée additive constituant l'entrée du dispositif, une entrée soustractive connectée à la sortie dudit modulateur et une sortie connectée à l'entrée dudit filtre, L'invention a également pour objet une application du dispositif précité au traitement d'un signal d'une vanne de flux, caractérisée par le fait qu'il comprend une unité du type Scott électronique, avec trois entrées recevant les trois signaux de la vanne de flux et débitant sur ses deux sorties deux signaux de forme resolver, donc avec leurs amplitudes proportionnelles respectivement au cosinus et au sinus de l'angle de cap brut, deux dispositifs du type précité, ayant chacun l'entrée connectée à une des deux sorties de l'unité du type Scott électronique, une unité du type Scott magnétique, avec deux entrées connectées aux deux sorties des deux dispositifs du type précité, et une unité d'utilisation dont les entrées sont connectées aux sorties de l'unité du type Scott magnétique. L'invention pourra, de toute façon, étre bien comprise à l'aide du complément de description qui suit, ainsi que des dessins ci-annexés, lesquels complément et dessins sont, bien entendu, donnés surtout à titre d'indication, La figure 1 représente, sous forme de blocs, l'ensemble d'une vanne de flux et des moyens de traitement du signal produit par cette vanne comportant, dans chaque voie, un dispositif, pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler, doté des perfectionnements selon l'invention. Les figures 2, 3, 4 et 5, sur lesquelles le temps t a été porté en abscisses et les amplitudes a en ordonnées (figures 2, 3 et 5) ou la fréquence f en abscisses et le gain g en ordonnées (figure 4), représentent différents signaux mis en oeuvre dans l'ensemble de la figure 1, à l'exception de la figure 2 qui illustre des signaux de type Scott classique. Les figures 6 et 7, une fois assemblées le long de la ligne XX (qui apparat sur ces deux figures), illustrent plus en détail la structure de la plupart des unités de la figure 1, plus précisément des unités disposées entre la vanne de flux, d'une part, et l'amplificateur de puissance précédant l'unité du type Scott magnétique, d'autre part, c'est-à-dire dans le rectangle A de cette figure 1. Selon l'invention, et plus spécialement selon celui de ses modes d'application, ainsi que selon ceux des modes de réalisation de ses diverses parties, auxquels il semble qu'il y ait lieu d'accorder la préférence, se proposant, par exemple, de réaliser un dispositif pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler, dans son application au traitement du signal produit par une vanne de flux, on s'y prend comme suit ou d'une manière analogue. Référence étant d'abord faite à la figure 1, on va décrire un ensemble apte à traiter les signaux émis par une vanne de flux disposée à bord d'un avion afin d'en déterminer le cap magnétique, c'est-à-dire l'angle que fait l'axe longitudinal de l'avion avec le nord magnétique, cet ensemble comportant un dispositif extracteur de fondamentale et démodulateur doté des perfectionnements selon l'invention. Sur cette figure 1 on a représenté en V une vanne de flux d'un type connu et qui comprend essentiellement un transformateur avec un noyau 1 canalisant le champ magnétique terrestre; un signal d'entrée à la fréquence de référence de l'avion, soit 400 Hz, est appliqué sur la bobine primaire 2 et les trois bobines secondaires 3 débitent, à la fréquence double de 800 Hz, les trois signaux de sortie, disponibles sur les conducteurs 4a, 4b et 4c et ayant respectivement la forme suivante sin e sin 2 w t + harmoniques sin (e + 1200) sin 2 X t + harmoniques t (I) sin (6 - 1200) sin 2 w t + harmoniques dans laquelle e est l'angle de cap brut, c'est-à-dire l'angle de cap comportant les erreurs dues à la vanne de flux et qui seront corrigées ultérieurement dans l'ensemble de la figure 1, o repue sente la pulsation correspondant à la fréquence de référence, c'est-à-dire 400 Hz, et t le temps0 Il s'agit d'extraire la fondamentale de pulsation 2 w en éliminant les harmoniques et de corriger les erreurs de la vanne de flux. Les signaux précités sont d'abord traités dans une unité 5 du type Scott électronique qui reçoit sur ses trois entrées 6a, 6b et 6c les trois signaux (I) précités et qui débite sur ses sorties 7a et 7b deux signaux resolver (IV) qui seront précisés ci-après. On rappelle tout d'abord que dans un montage Scott classique qui recevrait sur ses entrées les trois signaux (I) précités, les sorties seraient constituées par trois signaux de même amplitude dénommée E et dont la phase serait respectivement 0 , + 1200 et - 12003 les signaux de sortie, dans un tel montage Scott classique, seraient de la forme E sin w t + harmoniques E sin ( t + 1200) + harmoniques (Il) E sin ( t - 1200) + harmoniques Ces trois signaux sont représentés sur la figure 2 sur laquelle on aperçoit les courbes 8a, 8b et 8c correspondant aux trois formes précitées, le déphasage de 1200 étant visible sur l'axe des abscisses (axe des temps t). Dans un montage du type Scott électronique, ce ne sont pas les angles se trouvant sous le symbole sin qui sont déphasés de + 1200, mais les amplitudes, la sortie d'un montage Scott électronique étant de la forme représentée sur la figure 3, c'est-àdire E sin e sin w t + harmoniques E sin + 1200) sin X t + harmoniques s (III) E sin (@ -1200) sin w t + harmoniques (en fait dans le cadre de l'invention la pulsation n'est pas w mais 2 X, comme on le verra ci-après). Donc l'amplitude varie, mais la phase de la porteuse est fixe. Finalement sur les sorties 7a et 7b on a des signaux de la forme : sin e sin 2 X t + harmoniques cos e sin 2 w t + harmoniques (1V) Chacun de ces signaux est ensuite traité séparément. Nous allons nous occuper ici du traitement du signal débi té sur la sortie 7a, c'est-à-dire du type sin e sin 2 CL > t v + harmoniques. Celui-ci est d'abord traité dans l'unité B constituée par un dispositif pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler, doté des perfectionnements selon l'invention. Ce dispositif comprend d'abord, à partir de son entrée 10, un sommateur Il qui comporte deux entrées, savoir une entrée additive qui constitue justement l'entrée 10 du dispositif et une entrée soustractive 12, ainsi qu'une sortie 13. Pour le moment nous négligerons ce sommateur Il et supposerons que sa sortie 13 débite le signal qui est appliqué sur l'entrée 10 du dispositif, ce signal étant appliqué à un filtre passe-bande 14, à bande passante étroite centrée sur la fréquence fO (correspondant à la pulsation 2 CL > ) de la fondamentale à extraire, c'est-à-dire sur la fréquence de 800 Hz dans le cas de la vanne de flux. Sur la figure 4 on a illustré la bande passante du filtre 14, les fréquences f étant portées en abscisses et le gain g en ordonnées; on voit, sur la figure 4, la fréquence centrale fO qui est la fréquence de la fondamentale et qui correspond à la pulsation 2 w, Sur la figure 5 on a illustré le signal avant filtrage, c'est-à-dire tel qu'il est débité en 13 et arrive sur l'entrée 15 du filtre 14 (c'est la forme 16) et le signal filtré (forme 17) à la fréquence fondamentale f0 C'est ce-signal 17 qui est débité par la sortie 18 du filtre 14o Cette sortie 18 est connectée à l'entrée 19 d'un démodula teur 20 qui comprend en fait, comme il sera expliqué ci-après (avec référence aux figures 6 et 7), un démodulateur isophase (appelé également isochrone) réalisant une détection synchrone à la fréquence f ou pulsation 2 w, un filtre restituant une composante continue et un amplificateur de gain. Conformément à l'invention, la sortie 21 du démodulateur 20 est connectée non seulement à l'entrée 22 du dispositif filtre-démodulateur, mais également à l'entrée 23 d'un modula teur de retour 24 qui est constitué par un multiplieur intégré et qui fonctionne également à la fréquence de la fondamentale de pulsation 2 u, Dans le modulateur 24 le signal démodulé, de forme sin e, disponible en 21, et qui représente le sinus du cap brut, est modulé à la pulsation fondamentale 2 w des signaux de la vanne de flux (disponibles sur les conducteurs 4a, 4b et 4c). Le signal disponible à la sortie 25 du modulateur 24 est appliqué sur l'entrée soustractive 12 du sommateur Il qui effectue cette comparaison. On réalise ainsi un asservissement qui permet d'obtenir finalement à la sortie 22 du dispositif filtre-démodulateur selon l'invention une précision de recopie nettement supérieure à celle des démodulateurs classiques ne comportant pas les unités de modulation 24 et de sommation 11. On peut ainsi obtenir une précision de 10 au lieu d'une précision de lo de, ou au maximum de lu 2. L'augmentation de la précision est surtout sensible dans le cas où la fréquence fondamentale, correspondant à la pulsation w, n1 est pas stable, ce qui est fréquent dans les avions où elle peut varier facilement de + 10 %, une dérive sur la fréquence se traduisant, avec des appareils de la technique antérieure, en une erreur sur le signal de sortie en 21 en l'absence de l'asservis- sement réalisé par les unités 24 et 11. Le signal de sortie en 22, s'il ne comporte pas d'erreurs sensibles dues à l'unité B, comporte toutefois les erreurs dues à la vanne de flux elle-même et de ce fait ce signal représente le sinus du cap brut e et non pas du cap réel e10 La compensation destinée à supprimer l'erreur introduite par la vanne du flux a lieu dans l'unité 26. La structure et le fonctionnement de cette unité sont décrits dans la demande de brevet déposée ce même jour par la demanderesse pour "Procédé et dispositif pour la compensation d'une vanne de flux"0 A la sortie de cette unité 26 on a, sur le conducteur 27, un signal sin e1 qui représente le cap réel. On a en effet e=e1 +#e, en appelant ne l'erreur de la vanne de flux, erreur qui a été compensée dans l'unité de compensation 26. Le signal continue sin e1 du conducteur 27 est modulé dans un modulateur 28 à la pulsation Wtcorrespondant normalement à la fréquence de 400 Hz) et on obtient à la sortie 29a du modulateur 28 un signal de la forme sin e1 sin X t. Ce signal est amplifié dans un amplificateur de puissance 30 et on obtient finalement à la sortie 31 de l'amplificateur 30 un signal toujours de la forme sin e1 sin w t. Le dispositif de la figure 1 comporte, en parallèle avec l'ensemble B et les unités 26, 28 et 30, un ensemble 32 qui comporte des unités identiques aux unités B, 26, 28 et 30 et on obtient ainsi en 33 un signal de la forme cos e1 sin w t, étant donné que l'ensemble 31 reçoit sur son entrée 34 (analogue à l'entrée 10 dé l'unité B) un signal de la forme cos e sin 2 w t + harmoniques. L'ensemble des deux signaux sin 81 sin w t et cos e1 sin w t disponible en 31 et 33 est appliqué à un montage 35 du type Scott magnétique 35 qui, à partir de ces deux signaux, engendre sur ses trois sorties 36a, 36b et 36c trois signaux de forme sin e1 sin CL > t sin (8. sin ce1 - 120 ) sin w t. Ces trois sorties sont connectées aux trois entrées 37a, 37b et 37c de l'unité d'utilisation 38 qui peut être par exemple une boule pilote, une rose, un compas ou un calculateur électronique, qui, à partir des signaux d'entrée (V) précités, peut afficher et/ou utiliser l'angle de cap correct 91. On va maintenant, avec référence à l'ensemble des figures 6 et 7 (en commençant d'abord par la figure 6), décrire plus en détail la structure de l'ensemble A de la figure 1. On retrouve sur la figure 6 les trois entrées 6a, 6b et 6c de l'ensemble A, en fait du montage 5 du type Scott électronique, qui reçoivent les signaux de la vanne de flux V. Ce montage 5 du type Scott électronique comprend essentiellement deux amplificateurs opérationnels 39a et 39b à deux entrées, dont l'une 40a, 40b reçoit le signal de l'entrée 6a ou de l'en- trée 6c et dont l'autre 41a, 41b reçoit le signal appliqué sur l'entrée 6b. On obtient sur les sorties 7a et 7b du montage 5 les signaux resolver (IV).Le signal resolver en sinus, disponible sur la sortie 7a, est appliqué à l'unité B qui comprend le sommateur Il (qui est constitué essentiellement par un amplificateur opérationnel 42),le filtre actif passe-bande 14 (à condensateurs 43 et 43a, résistances 44, 45, 46 et 46a, dont l'une (45) est ajustable, et un amplificateur 48), suivi d'un amplificateur opérationnel 47 et un démodulateur isophase 20 (figure 7)o Le démodulateur isophase 20 comprend essentiellement un redresseur 49, constitué essentiellement par un amplificateur opérationnel 50, et un filtre actif passe-bas 51 à condensateurs 52 et 52a, résistances 53 et 54 et amplificateur opérationnel 56. Des détails sur la détection synchrone sont donnés dans le livre de Monsieur Sauzade intitulé "Electronique non linéaire" (éditeur Dunod, Paris) pages 53 à 58. La sortie du filtre 51 est appliquée à un amplificateur de gain 55. La sortie 57 de cet amplificateur 55 est appliquée au modulateur de retour 24 (figure 6) qui est constitué par un multiplieur 24a qui reçoit aussi le signal de référence à la pulsation 2 ~ en 58. Un signal de référence carré 69 à la méme pulsation de 2 O est débité par le transistor 70 (qui fait partie du démodulateur 49). La sortie 25 du modulateur 24 est connectée à la seconde entrée 12 du sommateur Il, dont l'autre entrée 10 est connectée à la sortie 7a du montage 5 du type Scott électronique. Le signal de sortie de l'amplificateur de gain 55 (figure 7) est également envoyé à l'unité de compensation 26 décrite plus en détail dans la demande de brevet précitée déposée ce même jour par la demanderesse. Sur la figure 7 on a simplement illustré cette unité par quatre cercles, savoir le cercle 59, qui reçoit de la sortie 57 de l'amplificateur 55 le sinus de l'angle de cap non compensé, le cercle 60 qui, après compensation, débite le sinus de l'angle de cap compensé disponible en 61, le cercle 62, qui reçoit d'une unité 63 (analogue à l'ensemble des unités 11, 14, 47, 20 et 55 des figures 6 et 7), le signal de cosinus de l'angle de cap non compensé, et enfin le cercle 64, qui, après compensation, débite sur sa sortie 65 le cosinus de l'angle de cap compensé. Sur la figure 7 on a aussi représenté deux modulateurs, constitués par deux multiplieurs 66a et 66b, pour moduler respectivement le sinus compensé et le cosinus compensé de l'angle de cap en utilisant la pulsation de modulation X (400 Hz) disponible sur la borne 67. On obtient ainsi finalement, sur les sorties 29a et 29b, les signaux modulés de sinus compensé et de cosinus compensé du cap magnétique, soit sin e1 sin U t et cos 91 sin W te Les signaux disponibles sur ces sorties 29a et 29b seront ensuite traités (comme exposé avec référence à la figure 1) dans un amplificateur de puissance (référencé 30 sur la figure 1 pour le sinus) et dans un montage Scott de type magnétique (référencé 35 sur la figure 1 pour le sinus et le cosinus) avant d'entre appliqués à l'unité d'utilisation (référencée 38 sur la figure 1). On réalise finalement, conformément à l'invention, d'une -part, un dispositif B qui effectue l'extraction de la fréquence fondamentale de pulsation 2 w et la démodulation de celle-ci, qui est très précis, mdme si la fréquence fondamentale varie, et un ensemble (figures 1 ou 6 et 7) pour le traitement des signaux émis par une vanne de flux qui réponde mieux que jusqu'à ce jour aux exigences de la pratique, notamment en ce qui concerne la précision.On peut en effet obtenir, avec le dispositif d'ex- traction et de démodulation, une précision de l'ordre de et, avec l'ensemble traitant le signal de la vanne de flux pour l'appliquer à l'unité d'utilisation 38, une erreur inférieure à vingt minutes d'arc, alors qu'avec les dispositifs antérieurs la précision était de 10 ou méme de 10 1 pour lextracteur-modula- teur et de un degré (lorsque la fréquence de référence ne présente pas de dérive) et de plusieurs degrés (lorsque la fréquence de référence présente une dérive). Le dispositif pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler trouve d'autres applications que le traitement des signaux d'une vanne de flux, en fait chaque fois qu'il s'agit de réaliser une extraction de fondamentale-démodulation avec une grande précision, surtout lorsque la fréquence de la fondamentale n'est pas stable. Comme il va de soi et comme il résulte d'ailleurs déjà de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus spécialement envisagés; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour extraire la fréquence fondamentale d'un signal électrique et pour la démoduler, comportant un filtre passe-bande à bande étroite centrée sur ladite fréquence, avec une entrée et une sortie, et un démodulateur isophase à ladite fréquence fondamentale, avec une entrée connectée à la sortie dudit filtre et une sortie constituant la sortie dudit dispositif, caractérisé par le fait que ce dispositif comporte en outre un modulateur à une fréquence égale à ladite fréquence fondamentale, avec une entrée connectée à la sortie dudit démodulateur et une sortie, et un sommateur avec une entrée additive constituant l'entrée du dispositif, une entrée soustractive connectée à la sortie dudit modulateur et une sortie connectée à l'entrée dudit filtre, 20 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit modulateur est un multiplieur recevant sur une seconde entrée un signal sinusoldal de modulation à la fréquence fondamentale. 3. Dispositif selon la revendication I ou 2, caractérisé par le fait que le sommateur est constitué par un amplificateur opérationnel. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que le démodulateur isophase comprend, en série, un redresseur et un filtre, suivi avantageusement d'un amplificateur de gain. So Application du dispositif selon l'une quelconque des revendications précédentes au traitement d'un signal d'une vanne de flux, caractérisée par le fait qu'il comprend une unité du type Scott électronique avec trois entrées recevant les trois signaux de la vanne de flux et débitant sur ses deux sorties deux signaux de forme resolver dont les amplitudes sont proportionnelles respectivement au cosinus et au sinus de l'angle de cap brut, deux dispositifs selon la revendication 1, ayant chacun l'entrée connectée à une des deux sorties de l'unité du type Scott électronique, une unité du type Scott magnétique avec deux entrées connectées aux deux sorties des deux dispositifs selon la revendication 1, et une unité d'utilisation dont les entrées sont connectées aux sorties de l'unité du type Scott magnétique. 6. Application selon la revendication 5, caractérisée par le fait qu'on prévoit une unité de compensation entre les sorties des deux dispositifs selon la revendication 1 et l'unité du type Scott magnétique.