Brevet FR2424538A1 — publié le 19791123

La présente invention concerne les appareils de mesure de grandeurs électriques à affichage numérique et en particulier du genre wattmètre ou voltmètre. I1 est fréquent d'utiliser, pour exprimer la puissance (ou la tension) d'un signal, le rapport de la puissance (ou tension) du signal à une puissance, ou tension étalon servant de référence. Le plus souvent c'est la forme logarithmique de ce rapport qui offre le plus d'intérêt pour l'utilisateur ; il est alors normal d'exprimer en décibel le résultat de la comparaison. A ce propos, il est rappelé que le lien entre le décibel et le rapport de deux puissances en watts est donné par la relation (I) (1) 1 décibel = 10 log P/P étalon (watt) Quant au rapport entre deux tensions exprimées en volts il est donné par (2) (2) I décibel = 20 log V/V référence (volt). En dépit de l'intérêt pratique du mode d'expression de ces mesures en décibel, peu de constructeurs d'appareils de mesure de puissance ou de tension dotent leurs appareils de cette possibilité. Pour les appareils de précision dans lesquels le déplacement d'une aiguille devant un cadre gradué est évalué par la lecture du cadran, la solution du passage de l'unité électrique classique : watt, volt, à l'unité correspondante en décibel est simple. Un changement d'échelle graduée suffit. La solution n'a pas la même simplicité quand il s'agit d'appareils à affichage numérique. Ces appareils de génération plus récente et d'une exploitation de plus en plus vulgarisée comportent un circuit de traitement des données fournies par la mesure afin de réduire celles-ci à une séquence de nombres dans l'unité de comptage. Lorsque ce traitement a été effectué, le résultat est transmis au circuit final d'affichage qui fournit visuellement la série de chiffres représentant la grandeur mesurée dans l'unité de comptage préalablement définie. I1 faut prévoir un circuit de traitement des données fournies par la mesure différent de celui qui convient lorsque ne doivent intervenir que des données dont l'expression numérique suit une loi linéaire. En effet, la loi est logarithmique lorsque le résultat doit être exprimé en décibel comme unité de comptage. I1 s'ensuit que dans la plupart des appareils de construction classique existant sur le marché en particulier ceux qui ont pour vocation de travailler dans le domaine des hautes fréquences, la mesure est prévue pour être donnée en watt (ou en volt) alors qu'aucune solution simple n'est proposée pour permettre à l'utilisateur pour passer de ces unités au décibel. Très peu de modèles à affichage ont été prévus directement en fonction de ces desiderata particuliers des utilisateurs. Leur prix, leurs dimensions d'encombrement se ressentent de l'adjonction de circuits plus complexes incorporés pour traiter des données de mesure récoltées selon une loi de croissance linéaire et pour les transformer en leur imposant une loi logarithmique pour aboutir à un affichage en décibel. Pour répondre aux exigences convergentes d'utilisateurs qui souhaitent avoir une évalutation de puissance ou de tension en décibel par comparaison à une puissance en watt -ou à une tension en volt- et aussi bénéficier de la commodité d'une lecture affichée numériquement, l'invention propose une solution remarquable en ce que l'appareil de mesure de grandeurs électriques à affichage numérique proposé est pourvu de façon caractéristique de moyens propres à exprimer en décibel la mesure d'un rapport de puissance -ou de tensionces moyens consistant seulement à introduire dans le circuit de transformation analogique-numérique des données, un condensateur dont la décharge exponentielle à travers une résistance a pour effet d'introduire la loi logarithmique. Les objets et caractéristiques de la présente invention apparaîtront plus clairement à la lecture de la description suivante d'exemple de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins ci-annexés dans lesquels la figure I illustre le schéma de blocs d'un appareil conventionnel pour la mesure des puissances ; la figure 2 représente le schéma de blocs d'un appareil de mesure de puissance réalisé selon 1 invention; la figure 3 représente le diagramme des temps pendant le processus de décharge du condensateur selon l'invention. Dans l'exemple décrit on envisage la mesure des puissances. I1 va de soi que pour ce qui concerne la mesure des tensions, toutes choses égales d'ailleurs, la solution préconisée par l'invention s'applique de la même façon. La similitude des relations I et 2 entraînant une similitude parfaite des solutions évite de présenter indépendamment la mesure des tensions. Pour plus de clarté il a paru utile de rappeler comment est agencé un appareil de mesure de puissances de construction conventionnelle. C'est ce qu'illustre la figure 1, qui est ici brièvement décrite. Dans un appareil conventionnel de mesure de puissance à affichage numérique, on distingue plusieurs chaînes de circuits. Ici l'appareil en comporte quatre : les chaînes A, B, C et D. La chaîne A est constituée par un circuit-sonde qui comprend à titre essentiel.un détecteur de puissance, en général suivi d'un amplificateur ; cette chaîne est localisée dans la tête mobile de l'appareil. La seconde chaîne B comporte des circuits de déclenchement. Chacun de ces circuits peut être relié à une borne de l'appareil, telles les bornes b, b', b", ... ; ces bornes peuvent être des bornes d'entrée ou des bornes de remise à zéro. t'entrée de la chaîne B des circuits de déclenchement est reliée à la sortie de la chaîne A. Un circuit de retard forme la sortie de la chaîne B. il comporte une borne d'entrée bd et il est relié à l'une des entrées de la troisième chaste C dont l'entrée principale est reliée en parallèle avec la channe B, à la sortie de la chaste A.La chaîne C, ou s'élabore la transformation des données analogiques en information numériques, peut comporter trois genres de circuits : un circuit d'échantillonnage E, suivi d'un circuit amplificateur-compensateur AC, lui-même suivi d'un circuit de conversion analogique-numerique A/N. La quatrième chaîne D est reliée à la sortie du circuit de conversion analogique-numerique A/N. Cette dernière channe comporte un circuit de mise en évidence DD des données numériques encoa3désigné par le terme : circuit d'affichage. Ce circuit DD peut être précédé d'un circuit M pour moyenner les données, il peut être suivi d'un circuit interface digital ID. A titre accessoire pour les changements de gamine de lecture, un circuit CG de commutatian de gamme est prévu ; il est en relation avec le circuit de conversion analogique-numérique A/N. Dans les appareils existants le bloc fonctionnel A/N de conversion analogique-numerique comporte un circuit de transformation complexe de linéaire en logarithmique lorsque le constructeur munit l'appareil de mesure d'une possibilité d'affichage en décibel. C'est au niveau du bloc fonctionnel de conversion A/N de la figure I que se situe la présente invention. Sa mise en oeuvre ménage une simplification du circuit de transformation interne -symbolisé par INT- de la variation linéaire en variation logarithmique. L'appareil de mesure de grandeurs électriques à affichage numérique du genre wattmètre, ou voltmètre , réalisé par application de l'invention est remarquable en ce qu'il est pourvu de moyens pour exprimer en decibel la mesure d'un rapport de puissance -ou de tension- et en ce que ces moyens consistent seulement à introduire dans le circuit de conversion analogiquenumérique des données de la mesure un condensateur dont la décharge exponentielle au travers d'une résistance a pour effet d'imposer à ces données la loi logarithmique recherchée. La figure 2 représente un mode de réalisation du circuit de transformation des données mettant en oeuvre la solution préconisée. Ce circuit comporte deux amplificateurs opérationnels 1, 2 et un amplificateur-comparateur 3. Le premier amplificateur reçoit sur son entrée positive le signal V e Sa sortie est reliée d'une part à son entrée négative et d'autre part via un interrupteur 12 à une résistance Il et un condensateur 10 et à l'entrée positive du deuxième amplificateur opérationnel 2. La résistance 11 et le condensateur 10, montés en parallèle sur la connexion joignant l'interrupteur 12 à la borne polarisée de l'amplificateur 2, ont respectivement leurs secondes bornes à la masse. L'amplificateur 2 a sa borne de sortie connectée à son entrée négative en même temps qu'à l'entrée positive du comparateur 3. Ce dernier est relié en sortie à une bascule 4 et aux autorisations d'affichage 7 ... 7'. L'autre borne de la bascule 4 est reliée à l'entrée d'un compteur 6' appartenant à un ensemble de compteurs 6 ... 6' reliés chacun individuellement aux entrées des ensembles d'affichage 7 ... 7'. Enfin un oscillateur 5 alimente l'ensemble des compteurs 6 ... 6' ; sa période de récurrence est T. Une source, non figurée, fournit au comparateur 3 une tension de référence Vref En se référant à la figure 3 qui explicite le diagramme V = f (t), c le mode de fonctionnement du circuit selon l'invention-est le suivant - au temps t 0 O l'interrupteur 12 est fermé et la tension V du conden c sateur 10 est égale à la tension d'entrée V sur la borne polarisée de e l'amplificateur opérationnel I Vc = Ve (3) - au temps t1 le compteur 6 est à sa valeur maximale : par exemple à la valeur 99 ; il déclenche la bascule 4 qui ouvre l'interrupteur 12. Le condensateur 10 commence sa décharge exponentielle.Lorsque Vc, potentiel du condensateur 10, devient inférieur à la valeur Vref l'amplificateur 3, qui fonetionne en comparateur, bascule ; - au temps t2 légalité : M Vref fef (4) est vérifiée. c raf Cet instant t2 instaure un nouveau régime de fonctionnement, car le basculement du comparateur 3 autorise l'affichage de lecture de l'état du compteur et, d'autre part, déclenche la bascule 4, ce qui a pour conséquence de refermer l'interrupteur 12. Le potentiel du condensateur 10 augmente alors ; quand il atteint la valeur Vref le comparateur 3 bascule de nouveau. Puis de nouveau V v c e et le cycle recommence à partir de la relation (3). La lecture de l'affichage 7 est égale au nombre N de périodes T de l'oscillateur 5 ainsi #t = t2- t1 = NT nais en désignant par R la valeur de la résistance il et par C la capacité du condensateur 10, on a Vref = Ve e-(At/RC) (5) donc : At = RC ln (Ve/V ef) (6) c'est-à-dire: = =NT = RC in (V ) (7) e ref soit N = K log (Ve/Vref) (8) dans lequel K = RC/T ln 10 (9) c' est-à-dire que N, lecture de l'affichage est bien proportionnel à la valeur en décibel de V par rapport à la tension de référence Vref. e L'appareil permet une mesure affichée en une unité de mesure d'emploi commode. La simplification apportée par l'invention dans la construction des circuits se traduit par une diminution du prix de revient et des dimensions d'encombrement. La solution préconisée offre le très grand avantage d'une commodité plus grande pour l'utilisateur en même temps que d'une maniabilité accrue de l'appareil de mesure. Bien que les principes de la présente invention aient été décrits ci-dessus en relation avec des exemples particuliers de réalisation, on comprendra clairement que ladite description est faite seulement à titre d'exemple et ne limite pas la portée de l'invention. REVENDICATION Appareil de mesure de grandeurs électriques à affichage numérique du genre wattmètre ou voltmètre, caractérisé en ce qu' il est pourvu de moyens pour exprimer en décibel la mesure d'un rapport de puissance -ou de tensionet en ce que ces moyens consistent seulement à introduire dans le circuit de conversion analogique-numérique des données de la mesure, un condensateur dont la décharge exponentielle au travers d'une résistance a pour effet d'imposer à ces données la loi logarithmique recherchée.