Brevet FR2349125A1 — publié le 19771118

On connait à l'heure actuelle des enregistreurs graphiques rapides qui utilisent un galvanomètre à cadre mobile pour déplacer- un stylet d'écriture L3 information à enregistrer, traduite par un signal électrique, est envoyée au cadre du galvanomètre, par l'intermédiaire dtun amplificateur de puissance de façon à engendrer un couple antagoniste au couple exercé par un ressort de rappel, celui-ci étant constitué par une barre de torsion ou par un ressort spirale. Le déplacement transversal du stylet d'écriture, résultant du pivotement du cadre mobile, est fonction de la valeur du signal électrique et est en théorie proportionnel à cette valeur. Cependant2 la relation linéaire entre le déplacement du stylet d'écriture et la valeur du signal n'est, en général, pas satisfaisante. Cette absence de linéarité est dQe à plusieurs causes - le champ dans l'entrefer du galvanomètre n3 est pas homogène; - la relation entre le déplacement angulaire du cadre et le couple de rappel exercé par le ressort n'est pas linéaire; - le ressort produit une certaine hystérésis qui se manifeste en particulier lorsque le ressort ntest pas en précontrainte. Cette hystérésis entrain bien souvent un effet de traînage sur les signaux carrés. Enfin, quand le signal électrique a une valeur nulle, en l'absence dtinformatione il faut néanmoins fournir au galvanomètre une certaine puissance électrique afin de positionner la référence zéro. Cette consommation2 qui peut etre importante, réduit considérablement l'autonomie d'un enregistreur portable alimenté sur batterie0 Pour remédier à cet inconvénient, on a proposé d'asservir la position du cadre mobile du galvanomètre à la valeur du signal électrique.Mais les dispositifs d'asservissement réalisés jusqu'a" présent sont complexes, encombrants et cotteuxO La présente invention a pour objet un capteur d'angle à faible inertie, qui peut etre utilisé pour réaliser notamment un potentiomètre sans contacts, mais qui convient particulièrement bien pour commander un galvanomètre à cadre mobile, en particulier le galva nomètre d'un enregistreur graphique. Le capteur d'angle selon l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend deux condensateurs ayant meme armature mobile ou des armatures mobiles solidaires l'une de l'autre, les armatures fixes de ces condensateurs étant disposées de manière que, lorsque la ou les armatures mobiles pivotent, la capacité de l'un des condensateurs augmente alors que la capacité de l'autre diminue, et inversement, deux bascules monostables couplées entre elles et sur le circuit de chacune desquelles est interposé l'un des condensateurs. Celui-ci définit la période de basculement.Chaque bascule monostable est reliée à l'une des entrées d'un amplificateur différentiel par un circuit intégrateur La tension de sortie de l'amplificateur différentiel est nulle pour une certaine position de la ou des armatures mobiles; cette position correspond à l'égalité des capacités des deux condensateurs si les valeurs des constituants des deux monostables sont identiques pour les deux monostables.Lorsque8 à partir de cette position de zéro, la ou les armatures mobiles pivotent d'un angle e , le signal de sortie prend une certaine valeur, qui est fonction de l'angle e . En déterminant convenablement la forme des armatures fixes, on peut obtenir toute loi de variation désirée8 par exemple un signal de sortie proportionnel à l'angle ou bien à tge Par suite de la faible inertie de l'armature mobile, ce capteur d'angle convient particulièrement bien pour commander un galvanomètre à cadre mobile La présente invention a donc également pour objet un galvanomètre à cadre mobile, en particulier un galvanomètre pour enregistreur graphique, caractérisé en ce que l'axe de son cadre mobile est solidaire de la ou des armatures mobiles des condensateurs du capteur et en ce que la sortie de l'amplificateur différentiel de ce capteur est connectée à l'une des entrées d'un comparateur dont une autre entrée reçoit le signal électrique à enregistrer et dont la sortie est connectée au cadre mobile du galvanomètre, éventuellement par ltintermédiaire d'un amplificateur0 On a décrit ci-après8 à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation du capteur d'angle selon l'invention, ainsi que d'un galvanomètre à cadre mobile comportant ce capteur, avec référence aux dessins annexés dans lesquels :: La Fig. 1 est une vue en coupe transversale des deux condensateurs, La Fig. 2 en est une coupe axiale; La Fig. 3 est un schéma électrique du capteur; La Fig. 4 montre les valeurs que prennent les tensions aux différents points du circuit de la Fig. 3; La Fig. 5 est un schéma électrique du galvanomètre; La Fig. 6 est une vue en élévation de ce galvanomètre0 Tel qu'il est représenté au dessin, le capteur d'angle com- prend un double condensateur comportant une armature mobile qui est constituée par deux lames métalliques 1 et 2 qui sont en forme de secteur et fixées de manière diamétralement opposée sur un axe pivotant 3. Chacune des lames 1 et 2 est interposée partiellement entre une première paire d'armatures fixes 3a et 3b et entre une seconde paire d'armatures fixes 4a et 4b.Les deux armatures 3a sont connectées l'une à l'autre par des conducteurs 5; les deux armatures 4a sont connectées l'une à l'autre par un conducteur 6; les deux armatures 3b et les deux armatures 4b sont également connectées entre elles de manière analogue. Dans exemple représenté, les armatures fixes et leurs conducteurs de liaison sont réalisés sous la forme de circuits imprimés dont on voit en 7a et 7b les substrats0 Ceux-ci sont maintenus écartés l'un de l'autre par une entretoise annulaire 8 et sont fixés l'un à l'autre par des boulons 9o Dhacune des lames mobiles 1 et 2 constitue avec les armatures fixes 3a et 3b une capacité variable, les deux capacités étant connectées en parallèle en formant un condensateur loa. De même, chacune des lames mobiles constitue avec les armatures fixes 4a et 4b une capacité variable, les deux capacités étant connectées en parallèle en formant un condensateur lob. Lorsque les lames occupent la position représentée à la Fig.l, dans laquelle leur surface située entre les armatures 3a et 4a est égale à leur surface située entre les armatures 3b et 4b; les capacités des condensateurs lOa et lob sont égales. Mais lorsque l'axe 3 pivote, en entrainant les lames 1 et 28 les capacités des condensateurs lOa et 10D varient en sens contrai ret par exemple, celle du condensateur lOa augmente si l'axe 3 pivote dans le sens de la flèche f, alors que celle du condensateur lob diminue.Les formes des armatures fixes sont déterminées de façon que les variations de capacité des deux condensateurs soient égales en valeur absolue; en donnant à ces armatures une forme convenable, on peut obtenir toute loi de variation désirée, par exemple une variation de capacité proportionnelle à la tangente de- l'angle dont l'axe 3 pivote, à partir de sa position moyenne Comme on le voit à la Figo 3, le circuit électronique de mesure comporte un premier monostable lla dont la période de conduction est définie par un circuit R-C comprenant la résistance 12a et le condensateur lOa; il comprend un second monostable llb dont la période de conduction est définie par un circuit R-C comw prenant la résistance 12b., de meme valeur que la résistance 12a, et le condensateur lob. La sortie de chacun des monostables est connectée à l'entrée de l'autre de sorte que le retour à l'état 0 de chacun dteux déclanche l'autre. La sortie du monostable lla est connectée à l'une des entrées d'un amplificateur différentiel 13 par un circuit intégrateur comprenant la résistance 14a et le condensateur 15a; de meme la sortie du monostable llb est connectée à l'une des entrées d3un circuit-intégrateur comprenant la résistance 14b et le condensateur 15b. Les monostables sont, de préférence, constitués par des circuits intégrés formés sur une meme pastille de silicium; ceci améliore la stabilité thermique, puisque la différence des coefficients de température des deux monostables joue seul un ràle dans la dérive du circuit en fonction de la température. Lorsque le capteur est dans sa position moyenne de la Fig. 1, le temps de conduction tl du monostable lla est égal au temps de conduction T2 du monostable llb. La tension intégrée Vi a l'entrée de l'amplificateur 13 correspondant au monostable lla a pour valeur a étant la valeur de la tension de sortie des monostables et T la somme des temps de conduction.La tension intégrée V2 à l'entrée de l'amplificateur 13 correspondant au monostable llb a pour va t2 leur V2 = a T = VI La tension de sortie V de l'amplificateur différentiel 13 est nulle Les courbes 14, 15 et 16 de la Fig. 4 4 montrent les valeurs respectivement en fonction du temps des tensions Va et Vb à la sortie des monostables lla et llb et de la tension V1 ou V20 Lorsque l'axe 3 pivote d'un angle e, le temps de conduction du monostable lla varie d'une quantité # tI, par exemple en augmentant; le temps de conduction du monostable 1lb varie en sens contraire de la quantité fl t2 égale en valeur absolue à Q tl, le temps total T restant donc constant. Les tensions de sortie V1 et V2 deviennent De son coté, la tension de sortie de 12 amplificateur 13 prend la valeur Cette tension de sortie est donc proportionnelle à la variation de capacité de chacun des condensateur 10a et lOb; elle est donc fonction de la valeur de l'angle de pivotement e de l'axe 3 La courbe 17 à la Fig. 4 montre la variation de la tension Vs en fonction du temps, lorsque l'angle e varie de maniera sinusoidaleO Les Fig. 5 et 6 montrent l'application du capteur d'angle qui vient d'entre décrit à la réalisation d'un galvanomètre Ce galvanomètre comprend de la manière usuelle un cadre mobile qui est schématisé en 18 à la Fig. 5 et ce cadre est fixé sur un arbre 19 qui est monté pivotant par rapport à un bàti extérieur 20. I1 ne comporte pas de ressort de rappel L'arbre 19 commande un double condensateur 21 disposé comme celui des Fig. 1 et 2 et relié à un circuit électronique 22 réalisé comme montré à la Fig 3. La tension de sortie du circuit 22 est appliquée, en meme temps que le signal entrée, à un comparateur 23 qui alimente le cadre mobile 18 par l'intermédiaire d'un amplificateur 24. Dans le cas présenta le comparateur 23 reçoit également un signal provenant d'un détecteur de vitesse 25 et fonction de la vitesse de pivotement de l'arbre 19. L'ensemble des éléments électroniques est regroupé à une extrémité du galvanomètre, comme indiqué en 26. La référence 27 dé- signe un porte-stylet qui est fixé sur l'arbre 19. Le stylet représenté en 28 se trouve au contact d'un papier d'enregistrement 29 se déplaçant sur l'arete 30, par exemple de droite à gauche à la Fig 6. Le galvanomètre fonctionne de la façon suivante Lorsque le signal d'entrée est nul, le galvanomètre est au zéro et la tension de sortie du circuit 22 est nulle Lorsque le signal d'entrée prend une certaine valeur, le cadre mobile 18 se met à pivoter de sorte que le circuit électronique 22 fournit une tension qui vient stopposer au signal d'entrée0 Cette tension engendre dans le cadre mobile un couple antagoniste qui est fonction de l'angle de pivotement du cadre 18 et est ainsi équivalent à celui fourni par le ressort de rappel dans les galvanomètres usuels.Le cadre mobile prend la position pour laquelle la tension de sortie du circuit 22 est égale au signal d'entrée; l'angle de pivotement du cadre est & nc fonction de la valeur du signal d'entrée Le signal fourni au comparateur 23 par le détecteur de vitesse 25 amortit les mouvements d'oscillations rapides du cadre mobile. Le stylet 28 trace ainsi sur la feuille de papier 29 défilant sur l'arête 302 une courbe représentant la variation dans le temps du signal d'entrée fourni au galvanomètre. Le galvanomètre qui vient dsetre décrit présente unefaible non-linéarité de l'ordre de 0,25 %; sa consommation en l'absence de signal est faibae et l'hystérésis est supprimée L2asservisse- ment réalisé par l'intermédiaire du détecteur d'angle et du circuit électronique qui lui est associé, permet une force d'appui du stylet sur le papier d'enregistrement beaucoup plus importante qu'avec un galvanomètre de type usuel. I1 va de soi que la présente invention ne doit pas entre considérée comme limitée au mode de réalisation décrit et repré sensée mais en couvre, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATIONS I. Capteur d'angle caractérisé en ce qu'il comprend deux condensateurs ayant même armature mobile ou des armatures mobiles solidaires ltune à l'autre les armatures fixes de ces condensateurs étant disposées de manière que, lorsque la ou les armatures mobiles pivotent, la capacité de l'un des condensateurs augmente alors que celle de autre diminue, et inversement, deux bascules monostables couplées entre elles et sur le circuit de chacune desquelles est interposé l'un des condensateurs, et un amplificateur différentiel dont chacune des entrées est reliée à la sortie de l'une des bascules monostables par un circuit intégrateur. 2. - Capteur d'angle selon la revendication 1D caractérisé en ce que les bascules monostables sont constituées sous la forme de circuits intégrés formés sur une même pastille de silicium; 3. - Capteur d'angle selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les armatures fixes sont réalisées sous la forme de circuit imprimé. 4. - Galvanomètre à cadre mobile0 en particulier pour enregistreur graphique, comportant un capteur d'angle tel que défini dans l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que l'axe de son cadre mobile est solidaire de la ou des armatures mobiles des condensateurs du capteur et en ce que la sortie de l'amplificateur différentiel de ce capteur est connectée à l'une des entrées d'un comparateur dont une autre entrée reçoit le signal électronique à enregistrer et dont la sortie est connectée au cadre mobile du galvanomètre0 éventuellement par l'intermédiaire d'un amplificateur.