Brevet FR2342486A1 — publié le 19770923

La présente invention concerne un circuit pour la mesure de l'intégrale d'une grandeur physique et s'applique plus particulièrement à un circuit donnant, sous forme numérique, l'intégrale d'une grandeur analogique. Des circuits de mesure donnant, sous forme numérique, la valeur de l'intégrale d'une grandeur analogique sont connus dans l'art antérieur. Un tel circuit de mesure est par exemple constitué par un circuit intégrateur, un circuit comparateur, un compteur et une source d'impulsions calibrées pour la décharge de la capacité du circuit intégrateur. La grandeur analogique est appliquée au circuit intégrateur dont la tension de sortie est proportionnelle à l'intégrale de ladite grandeur analogique. Cette tension de sortie est comparée à un seuil fixe. Le franchissement de ce seuil par la tension de sortie provoque l'application, à l'entrée de la capacité de l'intégrateur, d'une impulsion calibrée de décharge de cette capacité de telle sorte que la tension de sortie soit ramenée en deçà dudit seuil. Le compteur comptabilise le nombre d'impulsions calibrées appliqué à l'entrée de la capacité et ce nombre est représentatif de l'intégrale recherchée. On peut montrer que, dans un tel circuit, la précision de la mesure est limitée par la définition relativement mauvaise des impulsions calibrées. Ces impulsions calibrées sont, par exemple, définies en amplitude à partir d'un générateur de tension dont la référence peut être très stable et en largeur à partir d'un oscillateur très précis comme l'oscillateur à quartz. Cependant, à l'établissement et à l'arrêt de ces impulsions, un régime transitoire se manifeste et les fronts de montée et de descente de l'impulsion, de marne que l'amplitude de l'impulsion pendant ce régime transitoire, ne sont pas mal- trisés.Si l'impulsion de décharge est mal définie, cela signifie que la quantité de charges électriques extraites de la capacité est susceptible de varier et cela a une action directe sur la précision de la mesure, Aussi, un objet de la présente invention est un circuit de mesure donnant, sous forme numérique, l'intégrale d'une grandeur analogique et qui permet d'éviter les inconvénients précités. Selon une caractéristique de l'invention, le circuit de mesure comporte - un circuit intégrateur, auquel est appliquée la grandeur analogique et qui est composé d'un amplificateur et d'une capacité de contre-réaction ; - un premier circuit de comparaison recevant la tension de sortie dudit circuit intégrateur - un deuxième circuit de comparaison recevant ladite tension de sortie du circuit intégrateur - un premier circuit compteur commandé en comptage par ledit premier circuit de comparaison et en décomptage par ledit deuxième circuit de compa raison ;; - un deuxième circuit compteur commandé en comptage par ledit premier circuit de comparaison et en décomptage par ledit deuxième circuit de comparaison - des premiers moyens pour appliquer à l'entrée de ladite capacité une impulsion négative calibrée lorsque ledit deuxième circuit compteur a atteint une valeur positive prédéterminée - des seconds moyens pour appliquer à l'entrée de ladite capacité une impul sion positive calibrée lorsque ledit deuxième circuit compteur a atteint une valeur négative prédéterminée ;; - un convertisseur numérique-analogique qui fait correspondre à la valeur numérique atteinte par ledit deuxième compteur d'une part une premiere valeur de seuil appliquée audit premier circuit de comparaison et d'autre part une deuxième valeur de seuil appliquée audit deuxième circuit de comparaison, lesdites première et deuxième valeurs de seuil différant d'une quantité prédéterminée quelle que soit ladite valeur numérique. Selon une autre caractéristique de l'invention, simultanément à l'application à l'entrée de la capacité d'une impulsion calibrée négative ou positive, des impulsions périodiques sont appliquées audit deuxième circuit compteur respectivement en décomptage ou en comptage en nombre suffisant pour ramener ledit deuxième circuit compteur à sa valeur initiale. D'autres objets, caractéristiques et avantages de la présente invention apparaitront plus clairement à la lecture de la description suivante d'un exemple de réalisation particulier, ladite description étant faite à titre d'exemple non limitatif et en relation avec les dessins joints dans lesquels - la figure 1 représente de manière schématique, un circuit de mesure connu dans l'art antérieur - la figure 2 montre le schéma d'un circuit de mesure en accord avec les principes de l'invention ; et - les figures 3.a à 3.f montrent les différents signaux du circuit de la figure 2. Le schéma de la figure 1 montre un schéma de principe d'un circuit connu de mesure de l'intégrale d'une grandeur analogique. La grandeur dont on veut déterminer l'intégrale est le courant d'entrée ie. Le courant d'entrée ie est appliqué à un intégrateur par l'intermédiaire d'une résistance 1. L'intégrateur est classiquement composé d'un amplificateur à gain élevé 2 et d'une capacité de contre-réaction 3. La tension de sortie Vs de l'intégrateur est comparée à deux valeurs de seuil SVc et -Vc par les comparateurs 4 et 5 respectivement. Lorsque la tension de sortie Vs franchit l'une des deux valeurs de seuil, le comparateur correspondant délivre en sortie un signal représentatif de ce franchissement.Le signal de sortie du coiparateur 4 est appliqué à l'entrée de comptage d'un compteur 6 et à un circuit interrupteur 12. Le signal de sortie du comparateur 5 est appliqué à l'entrée de décomptage du compteur 6 et à un circuit interrupteur 11. Chaque circuit interrupteur permet d'appliquer une impulsion de courant calibrée à l'entrée de la capacité 3. Le circuit interrupteur ll est relié à une source de courant positive 7 et le circuit interrupteur 12 est relié à une source de courant négative 8. Le fonctionnement du circuit décrit ci-dessus est le suivant. En supposant qu'à l'instant 0 la tension Vs est nulle, à l'instant t la tension Vs est proportionnelle à l'intégrale du courant d'entrée entre les instants 0 et t, soit : Vs = k Tut ie(x)dx. Si entre les instants 0 et t, le courant d'entrée ie reste constant, la tension de sortie Vs croit linéairement et franchit alors la valeur 4Vc. Ce franchissement est détecté par le comparateur 4 qui provoque d'une part le comptage d'une impulsion par le compteur 6 et d'autre part la fermeture de l'interrupteur 12. Cette fermeture permet d'appliquer un courant constant -I pendant une durée déterminée T à l'entrée de la capacité 3. Si le courant d'entrée ie est négatif, la tension de sortie Vs décroit et franchit alors la valeur de seuil -Vc. Ce franchissement est détecté par le comparateur 5 qui provoque d'une part le décomptage d'une impulsion par le compteur 6 et d'autre part la fermeture de l'interrupteur 11. Cette fermeture permet d'appliquer un courant constant +I de mEme amplitude que le courant -I et de meme durée T mais de signe opposé.Dans les deux cas examinés ci-dessus, on considérera que le franchissement d'une valeur de seuil+ ou -Vc provoque l'envoi d'une impulsion de courant en vue de décharger la capacité 3. La valeur absolue de l'amplitude de l'impulsion de décharge doit etre telle que la tension de sortie Vs puisse etre ramenée à une valeur comprise entre 4Vc et -Vc, quel que soit le courant d'entrée ie, c'est-à-dire méme lorsque celui-ci est maximum (iemax). Cette condition impose donc que I soit supérieur à Ilemaxl. La durée T de l'impulsion de décharge ou de fermeture de l'un ou l'autre interrupteur doit etre telle que la quantité de charges électriques transmise à ou extraite de la capacité 3 fasse revenir la tension de sortie Vs à l'intérieur des valeurs de seuil 4Vc et -Vc lorsque le courant admis à l'entrée de l'intégrateur, soit I - (ieJ en valeur absolue, est très faible. Comme on l'a vu précddesment, la précision d'un tel circuit de mesure est limitée par la définition relativement mauvaise des impulsions calibrées. Cela est dO principalement au régime transitoire qui s'établit au moment de la fermeture ou de l'ouverture des interrupteurs. Or, une impulsion peut être mieux définie en valeur relative si sa largeur est augmentée. Ainsi, une meilleure précision sera obtenue en multipliant cette largeur par un facteur dix. Cependant, la quantité de charges extraite de la capacité est proportionnelle à la largeur de l'impulsion de décharge et cette quantité représente l'incrément de mesure de l'intégrale. Lorsque la largeur de l'impulsion est multipliée par un facteur dix, l'incrément de mesure devient alors dix fois plus grand. Ainsi, selon l'invention, des moyens sont prévus pour modifier la largeur de l'impulsion de telle sorte que l'incrément de mesure ne soit pas modifié. Le schéma de la figure 2 représente un circuit de mesure en accord avec les principes de l'invention. Les éléments qui sont équivalents à ceux de la figure 1 portent les mimes références. Ainsi, on retrouve une résistance 1 par l'intermédiaire de laquelle un courant d'entrée ie est appliqué à un circuit intégrateur. Le circuit intégrateur est constitué par un amplificateur 2 et une capacité de contre-réaction 3. La tension Vs de sortie de l'intégrateur est appliquée à un premier et à un deuxième circuits de comparaison, respectivement les circuits 4 et 5.Le signal de sortie du premier circuit de comparaison 4 est appliqué d'une part à l'entrée de comptage d'un premier circuit compteur 6 et d'autre part à l'entrée de comptage d'un deuxième circuit compteur 9 par l'intermédiaire d'une porte OU 14. Le signal de sortie du deuxième circuit de comparaison 5 est appliqué d'une part à l'entrée de décomptage du premier circuit compteur 6 et d'autre part à l'entrée de décomptage du deuxième circuit compteur 9 par l'intermédiaire d'une porte OU 15. Le deuxième circuit compteur 9 est relié à un circuit de conversion numErique-analogque 10 qui fait correspondre à la valeur numérique atteinte par ledit circuit compteur 9, une première et une deuxième valeurs analogiques de seuil.La première valeur de seuil est supérieure à la deuxième valeur de seuil d'une quantité constante, quelle que soit la valeur numérique dudit circuit compteur 9. La première valeur de seuil est utilisée comme référence par le premier circuit de comparaison 4, tandis que la deuxième valeur de seuil est utilisée comme référence par le deuxième circuit de comparaison 5. On a représenté schématiquement, sous forme d'un interrupteur et d'un générateur de courant, des moyens pour appliquer une impulsion de courant calibrée. Lorsque le circuit compteur 9 atteint une valeur positive prédéterminée (notée +10), il commande un interrupteur 12 qui permet au générateur de courant 8 d'appliquer une impulsion calibrée négative (-I) à l'entrée de la capacité 3.Lorsque le circuit compteur 9 atteint une valeur négative prédéterminée (notée -10), il commande un interrupteur 11 qui permet au générateur de courant 7 d'appliquer une impulsion calibrée positive (+I) à l'entrée de la capacité 3. La fermeture de l'interrupteur 12 provoque l'envoi par un circuit d'horloge 13 d'un nombre prédéterminé d'impulsions périodiques sur l'entrée de décomptage du circuit compteur 9 par l'intermédiaire de la porte OU 15, de même, la fermeture de l'interrupteur 11 provoque l'envoi par les circuits d'horloge 13 d'un nombre prédéterminé d'impulsions périodiques mais sur l'entrée de comptage du circuit compteur 9 par l'intermédiaire de la porte OU 14. On étudiera dans la suite de la description, notamment en relation avec les figures 3.a à 3.f, le fonctionnement du circuit de mesure selon l'invention. On a vu en relation avec la figure 1, que lorsque la tension de sortie Vs franchissait une des valeurs de seuil + et -Vc, le comparateur correspondant envoyait une impulsion au compteur 6 et provoquait l'envoi d'une impulsion de décharge à l'entrée de la capacité 3. Dans le cas du circuit de l'invention, l'impulsion de décharge n'est appliquée à l'entrée de la capacité 3 qu'au bout d'un nombre prédéterminé d'impulsions comptées ou décomptées par le compteur 6. En effet, supposons qu'à l'instant 0, la tension de sortie Vs est nulle et que le courant d'entrée ie est tel que représenté à la figure 3.a.A l'instant 0, le contenu des compteurs 6 et 9 est nul et les valeurs de seuil appliquées aux circuits de comparaison 4 et 5 sont respectivement 4Vc et -Vc. La tension de sortie Vs croIt avec le temps et atteint la première valeur de seuil 4Vc (figure 3.b). Le comparateur 4 envoie alors une impulsion de comptage (figure 3.c) au compteur 6 d'une part et au compteur 9 d'autre part. Cette impulsion de comptage, appliquée au compteur 9 a pour effet de faire progresser celui-ci d'un pas et par suite, d'augmenter par l'intermédiaire du convertisseur numérique-analogique 10 lesdites valeurs de seuil appliquées aux circuits de comparaison 4 et 5. On a représenté à la figure 3.e la valéur numérique atteinte par le compteur 9 et appliquée au convertisseur 10.Cette valeur numérique croit d'une unité lorsqu'une impulsion de comptage est envoyée aux compteurs 6 et 9 par le circuit de comparaison 4 et elle décroît d'une unité lorsqu'une impulsion de décomptage est envoyée aux mêmes compteurs 6 et 9 par le circuit de comparaison 5. Les valeurs de seuil appliquées aux circuits de comparaison 4 et 5 croissent ou décroissent à mesure que la valeur numérique du compteur 9 croit ou décroît Pour une variation d'un pas de cette valeur numérique, lesdites valeurs de seuil varient dans le même sens d'une quantité unitaire, par exemple égale à Vc. On a représenté à la figure 3.d les impulsions de décomptage fournies par le circuit de comparaison 5. Lorsque le compteur 9 atteint une valeur prédéterminée, par exemple dix pas, il provoque l'envoi d'une impulsion calibrée de signe approprié à l'entrée de la capacité 3. Cela est obtenu dans l'exemple considéré au bout du temps tl. L'amplitude du courant appliqué est légèrement supérieure à l'amplitude maximale du courant d'entrée ie et dans l'exemple considéré, cette impulsion est négative : elle a donc pour effet de faire décroître la tension de sortie Vs. Simultanément à l'application de l'impulsion calibrée, le compteur 9 est forcé par le circuit d'horloge 13 en décomptage ou en comptage selon que la valeur prédéterminée atteinte par ledit compteur est positive ou négative. Dans l'exemple considéré, la valeur prédéterminée atteinte par ledit compteur est positive et égale à 10 (figure 3.e).Des impulsions sont donc appliquées à l'entrée de décomptage dudit compteur 9 et le nombre de ces impulsions est constant et tel que ledit compteur puisse être ramené à zéro si le courant d'entrée ie est nul pendant toute la durée de l'impulsion calibrée. Si le courant d'entrée ie n'est pas nul, la décroissance de la tension de sortie Vs sera moins rapide et cette tension de sortie sera par instant au-dessus de la valeur de seuil imposée par le compteur 9, par l'intermédiaire du convertisseur 10. Cela aura pour conséquence de provoquer l'envoi d'une impulsion de comptage au compteur 9 pour compenser la décroissance trop rapide, qui lui est imposée, par rapport à la décroissance réelle de la tension de sortie Vs.Dans l'exemple considéré, pendant la durée de l'impulsion calibrée, cinq impulsions de comptage sont envoyées par le circuit de comparaison 4, tandis que le compteur 9 reçoit également dix impulsions périodiques de décomptage du circuit d'horloge 13. A la fin de l'impulsion calibrée, la tension de sortie Vs est ramenée à une valeur comprise entre +3 Vc et +5 Vc et la valeur affichée par le compteur 9 est égale à quatre pas élémentaires. La première valeur de seuil est alors égale à +5 Vc et la deuxième valeur de seuil égale à +3 Vc. On a représenté de manière schématique sur la figure 2 la commande en comptage ou en décomptage du compteur 9 pendant l'application d'une impulsion de courant calibrée. Cela peut etre réalisé par tout moyen connu, en particulier par une horloge pilotée par un oscillateur à quartz et commandée par la fermeture et l'ouverture de l'interrupteur impliqué. De plus > il faut également prévoir des moyens pour éviter d'appliquer simul tanément des impulsions de comptage et de décomptage au compteur 9 ; ce qui est à la portée de l'homme de l'art. La présente invention a été décrite dans le cadre d'une application particulière, utilisée notamment pour donner la mesure numérique d'une vitesse lorsque le courant d'entrée représente une accélération. Le circuit de l'invention est avantageusement utilisé pour donner une mesure précise de la vitesse lorsque la grandeur d'entre est fournie par un accéléromètre Bien que la présente invention ait été décrite dans le cadre d'une application particulière, il est clair qu'elle ntest pas limitée à ladite application et qu'elle est susceptible de modifications ou variantes sans sortir de son domaine. REVENDICATION Circuit de mesure permettant d'obtenir, sous forme numérique, l'intégrale d'une grandeur analogique, caractérisé en ce qu1il comporte : - un circuit intégrateur constitué par un amplificateur à gain élevé et une capacité de contre-réaction et auquel est appliquée ladite grandeur ana logique ; - un premier circuit de comparaison recevant la tension de sortie dudit circuit intégrateur et une première valeur de seuil ; - un deuxième circuit de comparaison recevant ladite tension de sortie du circuit intégrateur et une deuxième valeur de seuil ;; - un premier et un deuxième circuits compteurs recevant chacun, sur l'entrée de comptage, une impulsion fournie par ledit premier circuit de compa raison chaque fois que ladite tension de sortie est supérieure à la première valeur de seuil et, sur l'entrée de décomptage, une impulsion fournie par ledit deuxième circuit de comparaison chaque fois que ladite tension de sortie est inférieure à la deuxième valeur de seuil ; - des premiers moyens pour appliquer, à l'entrée de ladite capacité, une impulsion calibrée négative lorsque ledit deuxième circuit compteur a atteint une valeur positive prédéterminée - des seconds moyens pour appliquer, à l'entrée de ladite capacité, une impulsion calibrée positive lorsque ledit deuxième circuit compteur a atteint une valeur négative prédéterminée ;; - des troisièmes moyens, couplés auxdits premiers et seconds moyens, pour appliquer un nombre prédéterminé d'impulsions périodiques soit à l'entrée de comptage dudit deuxième circuit compteur pendant toute la durée de l'impulsion calibrée positive, soit à l'entrée de décomptage dudit deuxième circuit compteur pendant toute la durée de l'impulsion calibrée négative : ledit nombre prédéterminé d'impulsions périodiques étant tel que, en l'absence de ladite grandeur analogique appliquée à l'entrée du circuit intégrateur, ledit deuxième circuit compteur est ramené à zéro à la fin de l'impulsion calibrée ; et - un convertisseur numérique-analogique qui fait correspondre à la valeur numérique atteinte par ledit deuxième compteur, d'une part ladite première valeur de seuil appliquée audit premier circuit de comparaison et d'autre part ladite deuxième valeur de seuil appliquée audit deuxième circuit de comparaison : lesdites première et deuxième valeurs de seuil différant dtune quantité prédéterminée quelle que soit ladite valeur numérique.