Brevet FR2348599A1 — publié le 19771110

La présente invention est relative à un circuit électrique destiné à améliorer le rapport signal/bruit dans les appareils de mesure de grandeurs physiques, notamment les analyseurs de gaz. Dans certains appareils tels que les analyseurs de gaz basés sur les propriétés paramagnétiques de l'oxygène ou les analyseurs à absorption infra-rouge, ltélément détecteur de mesure est généralement une cellule sensible à des variations de pression différentielle constituée par un microphone à condensateur variable dont l'écartement des électrodes est modulé en fonction des différences de pression auxquelles il est soumis. Le signal alternatif fourni par le microphone est démodulé, après amplification, pour éliminer la composante alternative introduite par la modulation physique (magnétique ou optique) à laquelle le gaz est soumis, puis filtré dans un filtre passe-bas.La tension ainsi obtenue, représentative de la teneur en gaz mesurée, est ensuite appliquée sur un convertisseur qui fournit un courant de sortie normalisé à l'utilisation (affichage, enregistrement, régulation, etc..). On a constaté que pour des différences de pression très faibles, de l'or- dre du microbar, et correspondant à des concentrations de l'ordre de I 2 % de la plus petite gamme de mesure de l'appareil (par exemple de 0 à 1 %), la tension analogique à bas niveau correspondante issue du filtre passe-bas présentait une valeur moyenne affectée d'une fluctuation parasite à très basse fréquence qui n'est donc pas éliminée par ce filtre. Cette fluctuation est due aux bruits engendrés dans les composants électroniques et le microphone à condensateur variable, et donc de genre aléatoire. Une solution simple pour éliminer cette fluctuation consisterait à utiliser un filtre passif classique à résistance-capacité, mais les basses fréquences qui sont à éliminer conduisent à des constantes de temps élevées totalement incompatibles avec une vitesse de réponse correcte de l'appareil. L'invention a donc pour objet un circuit électronique pouvant agir comme filtre actif à très basse fréquence et présentant d'une part une grande constante de temps pour des variations du signal d'entrée inférieures à une valeur de seuil de l'ordre de quelques % de la plus faible grandeur de mesure de l'appareil, et d'autre part une constante de temps nulle pour des variations du signal supérieures à cette valeur de seuil. Le circuit suivant l'invention comporte - un amplificateur opérationnel à deux entrées, la première sur laquelle est appliqué le signal affecté de bruit, la seconde reliée à la sortie de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un réseau atténuateur à résistance-capacité, - un second réseau à résistance-capacité branchée entre la seconde entrée et la masse, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un montage anti-parallèle de redresseurs branché entre la sortie de l'amplificateur et la borne commune au condensateur et à la résistance du second réseau, cette borne constituant la sortie dudit circuit. Le seuil de conduction des redresseurs est choisi en fonction de la plus petite gamme de mesure de l'appareil considéré, par exemple pour correspondre à une amplitude de 1 à 2 % de cette gamme. Pour des variations d'amplitude du signal d'entrée-inférieure à ce seuil, le circuit introduit. une constante de temps importante qui atténue fortement les composantes du bruit aléatoire. Pour des variations d'amplitude du signal d'entrée supérieures à ce seuil, le circuit ne joue pratiquement aucun rôle et les caractéristiques de vitesse de réponse de l'appareil sont alors conser uvées. L'invention sera mieux comprise en se référant à la description suivante en relation avec le dessin annexé qui représente, à titre d'exemple non limitatif, un circuit conforme à l'invention. Sur ce dessin, le circuit est référencé de façon générale par 10 et est branché dans l'électroniquede mesure d'un analyseur de gaz. Ce circuit comporte une borne d'entrée 11 reliée à la sortie d'un ensemble démodulateur synchrone et filtre passe-bas 12, et une borne de sortie 13 reliée à un convertisseur tensionlcourant 14. I1 est constitué par un amplificateur différentiel 15 dont l'entrée non-inverseuse 16 est reliée à la borne 11, et l'entrée inverseuse 17 est reliée a la sortie 18 de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un réseau comportant une résistance 19 et un condensateur 20 en parallèle. L'entrée 17 est en outre reliée à la masse par l'intermédiaire d'un réseau comprenant une résistance 21 en série avec un condensateur 22.La borne 23 commune aux éléments 21, 22 est reliée à la sortie 18 de l'amplificateur par une paire de redresseurs 24 en montage anti-parallèle, et est aussi reliée à la borne de sortie 13. Les résistances 19 et 21 déterminent le gain de l'amplificateur, la résistance 19 étant choisie pour introduire sur le signal de contre-réaction une atténuation égale à ce gain de manière que la tension appliquée sur l'entrée 17 soit sensiblement égale à la tension d'entrée en 16. Les redresseurs 24 sont choisis, comme indiqué précédensent, pour présenter un seuil de conduction approprié au niveau de bruit que l'on désire éliminer. Ce circuit fonctionne de la façon suivante : la tension d'entrée à filtrer issue de l'ensemble 12 est appliquée sur l'entrée 16 de l'amplificateur 15 et apparaît amplifiée à la sortie 18. Deux cas sont alors à distinguer a) les fluctuations de la tension d'entrée sont inférieures à la tension correspondant au seuil de conduction des redresseurs 24 divisée par le gain de l'amplificateur 15. Dans ces conditions, les redresseurs ne sont pas passants, et la tension de sortie en 18 fournit, après atténuation dans le réseau 19-20, une tension sensiblement égale à la tension d'entrée qui est appliquée d'une part sur l'entrée 17 de l'amplificateur, et d'autre part sur le réseau à résistance-capacité 21-22, dans celui-ci, le condensa teur 22 se charge donc à la tension d'entrée à travers la résistance 21. Finalement, on retrouve aux bornes du condensateur 21, et à la sortie 13, une tension égale à la tension d'entrée au bout d'un temps qui est dFter- miné par la constante de temps du réseau 21-22. b) les fluctuations de la tension d'entrée sont supérieures à la tension cor respondant au seuil de conduction des redresseurs 24 divisé par le gain de l'amplificateur. Dans ce cas, l'un au moins des redresseurs devient pas sant, quel que soit le sens de la fluctuation, et court-circuite la résis tance 21, de sorte que, à la borne 13, apparaît la tension de sortie sans aucun retard. Dans un exemple de réalisation particulier, on a choisi pour les résis tances 19 et 21 des valeurs respectives de 1 G Q et 10 MY1L , et pour les condensateur 20 et 22 des valeurs respectives de 100 pF et 10 e F. Le gain de l'amplificateur est alors voisin de 100, et la constante de temps RC du réseau 21-22 vaut 100 secondes. Au lieu d'utiliser comme redresseurs des diodes habituelles, conteuses et difficiles à apparier, il est avantageux de prendre des transistors à effet de champ dont on utilise la liaison draingrille; le seuil de conduction se situant aux environs de 500 mV pour des courants de quelques nA, on a pa ainsi arriver à supprimer des fluctuations du signal d'entrée de l'ordre de 5 mV. REVENDICATION 1. Circuit électronique permettant d'améliorer le rapport signal/bruit, no tamment dans les analyseurs de gaz, comportant - un amplificateur opérationnel à deux entrées, la première sur laquelle est appliqué le signal affecté de bruit, la seconde reliée à la sortie de l'amplificateur par l'intermédiaire d'un réseau atténuateur à résistance-capacité, - un second réseau à résistance-capacité branchée entre la seconde entrée et la masse, caractérisé en ce qu'il comporte en outre un montage anti-parallèle de redresseurs branché entre la sortie de l'amplificateur et la borne commune au condensateur et à la résistance du second réseau, cette borne consti tuant la sortie dudit circuit.