Brevet FR2377611A1 — publié le 19780811

La présente invention concerne un système de traitement de signaux de mesure, comportant un étage d'émission relié par une ligne à deux conducteurs à un étage de réception, et des moyens pour alimenter étage d'émission par les conducteurs précités, au moyen d'un courant continu produit par une source électrique. Des moyens sont également prévus, pour produire à 1'étage d'émission des signaux de mesure sous forme d'impulsions d'intensité qui se superposent au courant d'alimentation dans la ligne à deux conducteurs. D'après la demande allemande DT OS 24 45 337, on connaît un dispositif du genre précité, comportant du côté de l'étage d'émission un circuit d'accumulation d'énergie associé à la ligne à deux conducteurs au-moyen d'un commutateur. Ce dernier est actionné au même rythme qu'un signal de mesure produit par un organe d'émission. Il en résulte que le circuit d'accumulation d'énergie est mis en charge périodiquement par des impulsions dont la périodicité correspond à celle des signaux de mesure. Le circuit d'accumulation d'énergie restitue ainsi, par l'intermédiaire d'un générateur de courant, une partie du courant d'alimentation de l'organe d'émission.En outre, un régulateur de tension traite la tension débitée par l'étage de réception, aux bornes de la ligne à deux conducteurs, pour la transformer en une tension constante et l'amener aux bornes d'alimentation de l'émetteur de mesure. Le régulateur de tension restitue donc le reste du courant d'alimenta tison de l'émetteur de mesure. La fréquence des impulsions de la source de tension obtenues à l'étage de réception permet de connaître la valeur mesurée au moyen des signaux ainsi transmis. Dans le dispositif connu que l'on vient de mentionner, la transmission des informations par la ligne à deux conducteurs s'effectue donc au moyen de pulsations périodiques d'un courant continu. Le circuit d'accumulation d'énergie associé au générateur de courant et au régulateur de tension permet d'obtenir, à partir de telles impulsions, le courant d'alimentation de l'organe d'émission. Pour que le dispositif précité fonctionne convenablement, il faut que'la valeur moyenne de l'intensité des pulsations de courant continu, passant par la ligne à deux conducteurs, corresponde constamment, et de manière exacte, à l'intensité nécessaire à l'alimentation de l'organe d'émission. Or, en pratique, la condition précitée ne peut être satisfaite que si les impulsions périodiques de mesure ont un taux de puissance constant, c'est-à-dire un rapport constant entre leur durée unitaire et leur périodicité. On ne peut donc utiliser que la fréquence des impulsions comme variable caractéristique pour la transmission des données de mesure. En outre, l'allure des impulsions transmises dépend des conditions de charge et de décharge du circuit d'accumulation d'é- nergie. Le but de l'invention est de remédier aux inconvénients que l'on vient d'exposer, en permettant de réaliser un système de traitement de signaux de mesure du genre indiqué, mais tel que la nature et la forme des impuls-ions d'intensité transmises soient absolument indépendantes de l'alimentation de i'étage d'émission, et que la variable adoptée pour caractériser les données à transmettre puisse être librement choisie. L'invention vise un système de traitement de signaux de mesure, comportant un étage d'émission relié par une ligne à deux conducteurs à un étage de réception ; des moyens sont prévus pour alimenter l'étage d'émission par un courant continu produit par une source électrique et passant par les conducteurs précités, ainsi que des moyens pour produire à l'étage d'émission des signaux de mesure, sous forme d'impulsions d'intensité qui se superposent au courant d'alimentation précité dans la ligne à deux conducteurs. Selon l'invention, le système précité est caractérisé en ce que l'étage d'émission comporte, en dérivation entre les deux conducteurs d'alimentation, un circuit à résistance commutable asservie aux impulsions produites par l'étage d'émission. Le courant d'alimentation nécessaire à l'étage d'émission passe constamment par la ligne à deux conducteurs, sans dépendre de la transmission de signaux de mesure. Les impulsions d'intensité correspondant aux signaux de mesure se superposent au courant continu d'alimentation dans la ligne, mais ne parviennent pas aux bornes d'alimentation de l'organe d'émission, car elles passent par le circuit dérivé à résistance commutable. Grâce à l'invention, il n'existe plus ainsi aucune limitation quant au mode de représentation possible au moyen des impulsions. On peut adopter pour les impulsions un type de modulation quelconque au choix, suivant la durée des impulsions, ou leur fréquence, ou suivant un code d'allure. Il est également possible, grâce à l'invention, de transmettre des impulsions qui se succèdent d'une manière irrégulière.En autre, la forme des impulsions est exclusivement déterminée par les caractéristiques du circuit dérivé à résistance commutable, d'une manière absolument indépendante du courant d'alimentation de l'organe d'émission. D'autres particularités et avantages de l'invention ressortiront encore de la description de quelques modes de réalisation présentés ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels - la Figure 1 est un schéma général d'un système de traitement de signaux de mesure conforme à l'invention - la Figure 2 représente deux graphiques expliquant le fonctionnement du système de traitement de la Figure I - la Figure 3 représente divers modes de réalisation du circuit à résistánce commutable, en dérivation sur le système de la Figure 1 ; - la Figure 4 représente deux modes de réalisation de étage de séparation du système de traitement de la Figure 1. Dans le mode de réalisation de la Figure d, le système représenté est prévu pour traiter des signaux de mesure d'un étage d'émission S envoyés à un étage de réception E. Les deux étages précités, S et È, sont éloignés l'un de l'autre d'une distance choisie à la demande, et reliés l'un à l'autre par une ligne à deux conducteurs A et B. L'étage d'émission S comporte un emetteur de mesure 1, constitué d'un capteur 2 associé à un convertisseur 3. Le caPteur 2 est sensible aux variations d'une grandeur physique à mesurer, telle qu'une pression, une température, ou un taux de remplissage d'un récipient. Il fournit au convertisseur 3 un signal électrique correspondant à chaque instant à la valeut de la grandeur à mesurer.Le convertisseur de mesure 3 comporte des circuits électroniques de commutation, qui transforment les signaux instantanés précités en impulsions électriques modulées de manière à reproduire la valeur de la grandeur mesurée.. La reproduction delta valeur mesurée peut être obtenue, par exemple, en faisant varier la fréquence, la durée ou les carac téristiques chronométriques des impulsions électriques précitées, ou encore en agissant sur leur profil ou leur allure, suivant un mode conventionnel de codage par modulation. Les impulsions sont émises par une sortie 4 du convertisseur 3, à destination de 1'é- tage de réception E. Celui-ci comporte des moyens pour réagir aux impulsions reçues et les traduire de manière appropriée, par exemple sur des indicateurs de lecture ou au moyen de circuits. déclenchés par les impulsions. Pour fonctionner, le convertisseur 3 est alimenté par les bornes 5 et 6 en courant continu provenant d'une source électrique 7, située par exemple à l'étage de réception E. Le courant continu d'alimentation passe par la ligne à deux conducteurs A, B, reliant les bornes a, b, de l'étage de réception E, aux bornes , d, de l'étage d'émission S. Pour éviter une ligne supplémentaire pour faire passer les impulsions de mesure de l'étage d'émission S à l'étage de réception E, on fait passer ces impulsions sur la ligne d'alimentation A, B. L'étage de réception E comporte, à cet effet, un circuit de décodage 8, sensible aux impulsions électriques ainsi superposées au courant continu d'alimentation. A titre d'exemple, on a représenté un mode de réalisation simple CFigure 1), où l'étage de réception E comporte une résistance 9 montée en série avec la source de courant continu 7. Le circuit de décodage 8 est relié aux bornes de la résistance, et réagit aux variations de tension qui s'y produisent.Comme il faut conserver une tension d'alimentation constante aux bornes a et b de l'étage de réception 3, malgré les variations de tension introduites par la résistance 9, on peut prévoir un régulateur de tension 10, pour compenser les variations précitées. L'étage d'émission S superpose des impulsions électriques au courant continu d'alimentation de la ligne A, B. Pour ce faire, l'étage d'émission S comporte, conformément à l'invention, un circuit comportant une résistance commutable 12, associée à un interrupteur 13, en dérivation entre les conducteurs A, B, de la ligne. L'interrupteur 13 est asservi aux impulsions de la sortie 4 du convertisseur d'émission 3, de manière à rester normalement ouvert, mais à être fermé pendant la durée de chaque impulsion Sur le graphique double de la Figure 2, on a schématisé le fonctionnement du dispositif de traitement conforme à l'invention. Le graphique supérieur (a) représente en fonction du temps l'allure des impulsions émises par la sortie 4 du convertisseur 3, pour correspondre aux variations de la grandeur mesurée.Le graphique inférieur (b) montre l'intensité du courant I qui passe dans les deux conducteurs A, B, entre l'étage de réception E et l'étage d'émission S. Lorsque l'interrupteur 13 est ouvert, l'intensité du courant dans les conducteurs A, B, a une valeur de base Io, correspondant à l'intensité constante d'alimentation aux bornes du convertisseur 3. Lorsque l'interrupteur 13 est en position de fermeture, pendant la durée d'une impulsion de la sortie 4, une intensité additionnelle Iî s'ajoute à l'intensité constante 10 dans la ligne A, B. Ainsi, se trouvent superposées à l'intensité de base 1o des impulsions d'intensité qui correspondent exactement en durée, en périodicité, et en allure, avec les impulsions émises par le convertisseur 3. Chacune des impulsions précitée provoque, dans l'étage de réception E, une variation de tension aux bornes de la résistance 9, permettant au circuit de décodage de réagir, pour reproduire de manière apprqpriée les valeurs de la grandeur mesurée par le capteur 2. Les impulsions électriques ainsi superposées au courant continu d'alimentation de la source 7 ont pour effet d'augmenter d'une valeur moyenne AI l'intensité qui passe sur la ligne (Figure 2b). Pratiquement, cette augmentation d'intensité est négligeable, compte tenu des valeurs respectives des intensités en question. On peut d'ailleurs maintenir à une faible valeur l'intensité additionnelle A I, en limitant la valeur du taux de puissance des impulsions, c'est-à-dire l'importance de leur durée unitaire par rapport à leur périodicité. Le circuit conforme à l'invention présente un avantage important, du fait que le courant continu d'alimentation arrivant au convertisseur 3 est absolument indépendant des impulsions passant sur la ligne à deux conducteurs A, B. En effet, le courant d'alimentation n'est pas influencé par la présence ou l'absence des impulsions, ni par leur durée, leur périodicité ou leur allure. Il en résulte, pour le dispositif conforme à l'invention, une très grande liberté vis-à-vis de la nature et de l'importance des impulsions superposées. Par exemple, l'avantage précité permet de faire passer sans difficulté des impulsions de mesure sporadiques, se succédant d'une manière irrégulière, et présentant chacune au besoin une intensité importante. En outre, grâce à l'invention, il n'existe aucune sujétion quant au choix du genre de modulation des impulsions de mesure. Les informations concernant les mesures effectuées peuvent être transmises par des impulsions modulées en fréquence, en durée, ou suivant un code d'allure. On peut également faire fonctionner le dispositif en modulation d'amplitude, en prévoyant sur le circuit en dérivation 11 de l'étage d'émission plusieurs résistances commutables, au lieu d'une seule résistance 12. Le dispositif que l'on vient de décrire fonctionne sans sujétions, du moment qu'aucune variation de tension n'est introduite par les impulsions superposées, ou que le convertisseur d'émission 3 est insensible à de telles variations de tension. S'il y a lieu d'éviter de soumettre le convertisseur 3 aux variations de tension introduites dans la ligne A, B, on peut prévoir (Figure 1) un circuit de séparation 14, entre la résis tance commutable Il et l'émetteur de mesure 1. Le circuit de séparation précité est relié à la résistance commutable 12 par les bornes e, f, et à l'émetteur de mesure 1 par les bornes , h. Comme on l'a représenté sur la Figure 1, à titre d'exemple, le circuit de separation 14 peut comporter une capacité de filtrage 15, montée en dérivation entre les conducteurs A, B, avec une résistance 16 en série sur le conducteur A, à l'opposé du convertisseur 3. Le circuit de séparation lE atténue les oscillations de tension introduites par les impulsions superposées, assurant une tension d'alimentation sensiblement constante aux bornes 5, 6, du convertisseur d'émission 3. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation que l'on vient de décrire, et on peut y introduire diverses variantes sans sortir du domaine de l'invention. Sur la Figure 3, on a représenté plusieurs variantes de réalisation du circuit Il de la résistance commutable 12 montée en dérivation. Dans la Figure 1, l'interrupteur 13 représenté symboliquement, est par exemple un contacteur à relais. Mais, de préférence, on utilise un interrupteur électronique, tel qu'un transistor 17 (Figure 3a), ou un transistor à effet de champ 18 (Figure 3b). On peut aussi remplacer la résistance fixe 13 par une source électrique 19 (Figure 3c) à intensité constante. La source précitée est sollicitée, par exemple, directement par les impulsions émises par le convertisseur de mesure 3 (Figure 1), ou par l'intermédiaire d'un contacteur à relais. Sur la Figure 4, on a représenté plusieurs variantes du circuit de séparation 14, dans lequel on peut remplacer la résistance 16 (Figure 1), par une diode 20 (Figure 4a). Celle-ci laisse passer normalement l'intensité normale- Io du courant continu d'alimentation destiné au convertisseur de mesure 3, pour maintenir la capacité 15 chargée à la pleine valeur de la tension d'alimentation. Mais pendant la durée d'une impulsion Iî traversant le circuit Il de la résistance commutable 12, la tension entre les bornes e et f tombe en dessous de la pleine valeur précitée de la tension de charge de la capacité 15. En ce cas, la diode 20 intervient pour couper le circuit, et la capacité 15 permet cependant de maintenir le courant d'alimentation du convertisseur 3 pendant la durée de l'impulsion précitée. Sur la Figure 4b, on a représenté un autre mode de réalisation du même circuit de séparation, permettant d'obtenir une excellente stabilité de la tension d'alimentation du convertisseur de mesure 39 au moyen d'un limiteur à seuil de tension 21 monté à la place de la capacité 15. Le limiteur a' seuil de tension 21 est, par exemple, une diode de Zener. Dans ce cas, la résistance d'entrée 16 (Figure 1) peut être avantageusement remplacee par un générateur à intensité constante 22, pouvant débiter une intensité légèrement supérieure à celle qui est nécessaire pour l'alimentation du convertisseur 3 en courant continu. L'intensité en excès passe en dérivation dans le limiteur à seuil de tension 21. REVENDICATIONS 1. Système de traitement de signaux de mesure, comportant un étage d'émission relié par une ligne à deux conducteurs à un étage de réception, des moyens pour alimenter l'étage d'émission par un courant continu produit par une source électrique et passant par les conducteurs précités, et des moyens pour produire à l'étage d'émission des signaux de mesure sous forme d'impulsions dtinten- sité qui se superposent au courant d'alimentation précité dans la ligne à deux conducteurs, le système étant caractérisé en ce que l'étage d'émission comporte, en dérivation entre les deux conducteurs d'alimentation, un circuit à résistance commutable asservie aux impulsions produites par l'étage d'émission. 2. Système conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit en dérivation précité comporte une résistance de valeur fixe en série avec un commutateur. 3. Système conforme à la revendication 2, caractérisé en ce que le commutateur est un commutateur électronique. 4. Système conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit en dérivation comporte un transistor à effet de champ. 5. Système conforme à la revendication 1, caractérisé en ce que le circuit en dérivation comporte un générateur de courant à intensité constante. 6. Système conforme à l'une des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'il comporte un circuit de séparation, disposé entre le circuit à résistance en dérivation et l'organe d'émission, et monté en dérivation entre les conducteurs d'alimentation de l'organe d'émission, pour compenser les variations de la tension d'alimentation de l'organe précité. 7. Système conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de séparation comporte une capacité de filtrage reliée aux deux conducteurs de la ligne d'alimentation. 8. Système conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de séparation comporte une résistance d'entrée montée en série sur l'un des conducteurs d'alimentation, entre les points de raccordement du circuit à résistance en dérivation et de la capacité de filtrage précitée. 9. Système conforme à la revendication 7, caractérisé en ce que le circuit de séparation comporte une diode montée en série sur l'un des conducteurs d'alimentation, entre les points de raccordement du circuit à résistance en dérivation et de la capacité de filtrage précitée. 10. Système conforme à la revendication 6, caractérisé en ce que le circuit de séparation comporte un limiteur à seuil de tension disposé entre les deux conducteurs de la ligne d'alimentation. 11. Système conforme à l'une des revendications 6 ou 10, caractérisé en ce que le circuit de séparation comporte un générateur à intensité constante monté sur l'un des deux conducteurs de la ligne d'alimentation. 12. Système conforme à l'une des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour limiter la durée des impulsions de mesure à une valeur faible par rapport au laps de temps séparant deux impulsions successives.