Brevet FR2396461A1 — publié le 19790126

La presente invention concerne un circuit generateur d'impulsions periodiques d'analyse electronique stroboscopique de signaux repetitifs, où la periode des impulsions d'analyse different de la periode des signaux d'une faible duree determinee ; ledit circuit est equipe d'un comparateur, qui reçoit sur une entrée un signal croissant dans le temps, se repentant à la période de signal et sur la seconde entrée un signal croissant sensiblement plus lentement dans le temps et qui declenche la production d'une impulsion d'analyse a chaque constatation de légalité des deux signaux d'entree. La stroboscopie est un procede connu depuis deja longtemps et appliqué fréquemment afin de rendre visibles des processus mécaniques rapides par "allongement dans le temps", afin que des particularites du deroulement du processus puissent être etudiees. Une variante electronique de la stroboscopie est le procédé d'analyse (appelé en terminologie anglo-américaine procéde par "sampling"). I1 est appliqué en premier lieu dans des oscillographes à rayons cathodiques, afin de rendre visibles des signaux se répétant périodiquement, dont la frequence de recurrence est plus grande que-la fréquence de déviation maximale de l'oscillographe.Dans ce but, le signal à visualiser est analysé au cours de periodes successives par des impulsions d'analyse, dont la periode est legerement plus grande que la periode des signaux (ou un multiple de celle-ci). Une unique valeur d'analyse est ainsi prelevee sur chaque periode du signal répétitif, les instants d'analyse etant légèrement décales les uns des autres par rapport au debut de la periode de signal.Les valeurs d'analyse prelevées successivement sont visualisees au cours d'un unique balayage spot de l'oscillographe, et leur juxtaposition donne une image d'une periode du signal repetitif, mais avec un allongement dans le temps, qui correspond au nombre des impulsions d'analyse utilises pour la reconstitution d'une periode de signal. La reconstitution ne s'effectue cependant pas de façon continue, mais sous la forme d'une courbe se modifiant par echelons, l'image etant d'autant plus precise que le nombre des impulsions d'analyse utilisees pour la reconstitution est plus grand, et que la difference de duree entre la période de signal et la periode des impulsions d'analyste est plus petite.Simultanément, plus l'allongement dans le temps est grand, plus cette différence de durée est faible. Lorsqu'on utilise par exemple 10 000 impulsions d'analyse pour l'exploration d'une courbe de signal complete par cycle d'analyse, l'image de la courbe reconstituée sur l'écran se compose de 10 000 valeurs d'analyse, qui sont prélevées sur 10 000 périodes successives du signal ; la reconstitution s'effectue alors avec un allongement temporel de 10 000:1. La période de ces impulsions d'analyse doit être 1/10.000 plus grande que la période de signal. Le problème se pose par conséquent d'engendrer des impulsions dont la période de succession diffère d'une durée très faible, déterminée avec précision, d'une période prescrite très courte. Un procédé connu de production de telles impulsions d'analyse consiste a appliquer deux tensions en dents de scie linéaires d'inclinaison très différente à un comparateur qui déclenche la production d'une impulsion d'analyse a chaque constatation d'une coincidence.Les points d'intersection entre la tension en dents de scie croissant lentement et les périodes successives de la tension en dents de scie croissant rapidement se décalent d'une période à l'autre d'une différence de temps fixe et constante Les deux tensions en dents de scie linéaire sont engendrées en chargeant deux condensateurs par l'intermédiaire de sources de courant constant, qui sont réalisées au moyen d'éléments de circuit a semi-conducteur Par suite de la dépendance vis-a-vis de la température des éléments de circuit utilisés, on ne peut obtenir, dans le cas de cette solution, une différence de temps stable thermiquement entre la période de signal et la période d'impulsions, qu'avec un circuit coûteux. I1 faut en particulier remarquer que des fluctuations même faibles de la période d'impulsions se traduisent par des modifications considérables de la différence de temps. Une seconde solution, qui est souvent appliquée, consiste a comparer dans un comparateur une tension en dents de scie croissant rapidement à une tension en escalier, qui est augmentée d'un échelon constant à chaque période de la tension en dents de scie à croissance rapide. Egalement dans ce cas, les points de colncidence d'une période à l'autre se décalent de la même différence de temps faible. Comme dans ce cas le générateur de la tension en dents de scie et le générateur de tension en escalier sont également réalisés à l'aide d'éléments de circuit à semi-conducteur, le problème subsiste de la dependance vis-à-vis de la température ; en outre, un générateur de tension en escalier est nécessaire, qui doit délivrer autant d'échelons de tension en escalier que d'impulsions d'analyse utilisées au cours de chaque cycle d'analyse.Si par exemple 10 000 impulsions d'analyse sont nécessaires par cycle, la tension en escalier doit comporter 10 000 échelons dont les potentiels de tension diffèrent de 1/10 000, ce qui exige une dépense importante en circuit. En vue de la modification du nombre des impulsions d'analyse par cycle, la hauteur des échelons doit en outre être réglable, ce qui accroît encore le coût du circuit. L'invention a pour objet de réaliser un circuit générateur dtimpul- sions d'analyse périodiques, qui permet, pour une structure très simple, le maintien précis de différences de temps faibles quelconques entre la période d'impulsions d'analyse et une période de signal prédéterminée avec une stabilité thermique extraordinairement importante. En partant d'un circuit du type indiqué dans ce qui precède ce problème est,selon l'invention, résolu par le fait que les signaux appliqués aux deux entrées du comparateur sont des tensions en dents de scie exponentielles de constante de temps différente. Dans le cas du circuit selon l'invention, la production des impulsions périodiques d'analyse repose sur la comparaison de deux tensions non linéaires. On obtient néanmoins l'effet étonnant que les impulsions d'analyse engendrées lors de la coincidence des deux tensions non linéaires comparées ont une période qui diffère exactement d'une durée constante de la période de la tension en dents de scie présentant la constante de temps plus courte. Les deux tensions en dents de scie exponentielles peuvent être engendrées de façon très simple avec une grande stabilité thermique, c'est- à-dire simplement par la charge de condensateurs par l'intermédiaire de résistances ohmiques. Il existe pour ces éléments de circuit des réalisations ou des paires avec des coeffieients de temperature très petits, dont la dépendance vis- -vis de la température est mutuellement compensée.Une forme de realisation préférée de l'invention consiste par conséquent à relier les entrées du comparateur aux sorties de deux générateurs de dents de scie RC à constantes de temps différentes, dont chacun comporte un condensateur qui est relié en série avec une résistance de charge à une tension continue et est en-parallèle sur un circuit de décharge déclenché périodiquement. Dans ce cas, on utilise pour la production des dents de scie à eomparer exclusivement des composants passifs, de sorte qu'aucune influence de la température sur les semi-conducteurs ne se fait sentir.En outre, une variation de la différence de temps et ainsi des impulsions d'analyse engendrées par cycle est possible de façon simple, la résistance de charge d'au moins un des deux générateurs de dents de scie RC étant réglable. L'invention sera décrite plus en détail en regard des dessins annexés à titre d'exemple non limitatif, parmi lesquels - la figure 1 est un diagramme en fonction du temps permettant l'expliçatîon de l'analyse électronique stroboscopique et du procédé connu de production des impulsions d'analyse - la figure 2 est un schéma du circuit générateur des impulsions d'analyse selon l'iavention, et - la figure 3 est un diagramme en fonction du temps permettant l'explication du mode de fonctionnement du circuit de la Figure 2. Sur le diagramme A de la figure 1 sont représentés des signaux d'allure de courbe identique qui se répètent régulièrement avec la période T. On suppose que la fréquence de récurrence de ces signaux est très grande, en particulier sensiblement plus grande que la fréquence de balayage maximale des oscillographes disponibles. Afin, cependant, de pouvoir rendre visibles ces signaux sur un écran d'oscillographe, ils sont analysés périodiquement par des impulsions d'analyse qui son représentées sur le diagramme B. Ces impulsions d'analyse ont une période T + Ot, qui diffère d'une courte durée t de la période T des signaux à analyser. A l'aide des impulsions d'analyse du diagramme B, une valeur d'analyse est prélevée sur chacune des courbes de signal successives du diagramme A, la position des valeurs d'analyse différant de la quantité 6 t d'une période à l'autre. Ainsi, lorsque la première valeur d'analyse coïncide avec le début de la période de signal, la seconde valeur d'analyse se trouve déplacée de l'écart de temps i t après le début de la période de signal, la troisième valeur d'analyse de 2 d t après le début de la période de signal, etc. Il faut remarquer que la différence de temps ils t sur la figure 1 est exagérée dans un but de clarté ; en réalité, cette différence de temps est très faible. Elle s'élève par exemple à 1/10000 de la période T, de sorte que les valeurs d'analyse successives correspondent à des points très rapprochés de la courbe de signal et par consequent de nombreuses impulsions d'analyse (par exemple 10 000) sont nécessaires en vue de l'analyse complète d'une courbe de signal entière. Les valeurs d'analyse obtenues successivement sont mises en mémoire jusqu'à la valeur d'analyse suivante et restituées au cours d'un unique balayage du spot sur l'écran de l'oscillographe, comme représenté sur le diagramme C. En réalité, la courbe ne s'étend pas de façon continue entre les valeurs d'analyse, mais sous forme d'échelons ; cependant lorsque le nombre des valeurs d'analyse est suffisamment grand et que eelles-ci sont suffisamment rapprochées les unes des autres, l'image de la courbe est restituée fidèlement avec une approximation satisfaisante.Comme un très grand nombre de périodes du signal est analysé en vue de la reconstitution complète d'une unique image de courbe, la période d'inscription T', est un multiple de la période initiale T ; lorsque n impulsions d'analyse sont utilisées pour la reconstitution de l'image d'une période du signal, on a : T' = n.T. La reconstitution s'effectue ainsi avec un allongement dans le temps dans le rapport n:l, si bien qu'il est possible de rendre visibles des processus périodiques se déroulant très rapidement sur un oscillographe fonctionnant sensiblement plus lentement, en supposant qu'un nombre suffisam ment grand de périodes de signal est disponible pour l'analyse. Le diagramme D de la figure 1 représente un procédé connu de production d'impulsions d'analyse, dont la période diffère d'une différence de temps Q t par rapport à une période prédéterminée T. Dans ce but, deux tensions en dents de scie SZ1 et SZ2 d'inclinaison très différente sont engendrées. La tension en dents de scie SZ1 possède la période T, et la tension en dents de scie SZ2 possède une période beaucoup plus grande.Les deux tensions en dents de scie sont appliquées à l'entrée d'un comparateur, qui déclenche la production d'une impulsion d'analyse lors de la constatation de la colncidence. Le diagramme D montre que les points de coIncidence dans les périodes successives de la tension en dents de scie SZ1 se trouvent décalés dans le temps de a t, 2 dt, 3 iXt, etc. après le début de la période. Ceci correspond exactement à la position dans le temps souhaitée pour les impulsions d'analyse du diagramme B. Le diagramme E de la figure 1 montre un autre procédé connu et fréquemment appliqué en vue de la production des impulsions d'analyse : ici encore la tension en dents de scie SZ1 croissant rapidement, de période T, est engendrée et appliquée à une entrée d'un comparateur. Sur l'autre entrée du comparateur, est cependant appliquée dans ce cas une tension en escalier TS, qui est augmentée d'un échelon constant lors de chaque déclenchement du générateur en dents de scie. On voit qu'également dans ce cas, les instants de la colncidence entre la tension en escalier TS et la tension en dents de scie à croissance rapide SZ1 se trouvent à des écarts dans le temps croissant régulièrement d t > 2 a t, 3 a t, etc. après le début de la période respective. Les deux solutions représentées sur les diagrammes D et E reposent sur la comparaison de tensions linéaires, dont la production nécessite un circuit très coûteux, et pour lequel en particulier des composants actifs à semi-conducteurs doivent être mis en oeuvre, qui sont fonctions de la température et exigent une dépense supplémentaire considérable en vue de la stabilisation thermique. Sur la figure 2 est représenté un montage qui permet la production des impulsions d'analyse du diagramme B de la figure 1 pour un coût de circuit très faible et une stabilité thermique importante. Ce circuit comprend le comparateur 1 egalement utilisé dans les procédés connus, qui compare deux tensions appliquées à ses entrées et émet une impulsion de déclenchement à un générateur d'impulsions d'analyse 2 lors de la constatation d'une colncidence, à la sortie duquel générateur les impulsions d'analyse du diagramme B de la figure 1 sont délivrées. De manière classique, chacune de ces impulsions d'analyse commande la fermeture temporaire d'un interrupteur 3 qui est représente sous la forme d'un interrup teur mécanique dans un but de clarté, mais qui, en réalité, est naturellement un interrupteur électronique. Cet interrupteur met en liaison un conducteur 4, sur lequel apparaissent les signaux originaux du diagramme A de la figure 1, avec un condensateur de stockage 5, qui est ainsi chargé, lors de chaque fermeture temporaire de l'interrupteur 3, à la valeur instantanée de la tension du conducteur 4 et conserve cette tension jusqu'à la fermeture suivante de l'interrupteur 3. De cette façon, les valeurs d'analyse sont prélevées sur les signaux originaux sur le fil 4 par les impulsions d'analyse engendrées par le générateur 2. Les valeurs d'analyse mises en mémoire sont disponibles comme signal d'inscription sur un fil de sortie 6 relié au condensateur 5 et peuvent par exemple être appliqués à l'entrée verticale d'un oscillographe. Les parties de circuit jusqu'ici décrites sont de type classique et sont utilisées sous la même forme également dans les circuits qui sont utilisés pour la production d'impulsions d'analyse selon les diagrammes D et E de la figure 1. Le montage de la figure 2 se différencie cependant de ces montages connus fondamentalement par le mode de production des tensions, qui sont appliquées aux entrées du comparateur 1. La production de ces tensions s' effectue par deux générateurs de dents de scie RC. Un générateur de dents de scie RC se compose d'un condensateur 7 qui est monté en série avec une résistance 8 entre les deux bornes + UB et O d'une source de tension continue, et d'un interrupteur 9 actionné périodiquement, se trouvant en parallèle avec le condensateur 7. Lorsque l'interrupteur 9 est ouvert, le condensateur 7 est chargé par l'intermédiaire de la résistance 8, la tension à ses bornes croissant exponentiellement avec une constante de temps déterminée par la valeur ohmique R1 de la résistance 8 et la capacité C1 du condensateur 7. Lorsque l'interrupteur 9 est fermé temporairement, le condensateur 7 est déchargé brusquement.La tension aux bornes du condensateur 7 se modifie ainsi selon la courbe E1 du diagramme A de la figure 3 en forme de tension en dents de scie, dont le flanc ascendant a une allure exponentielle. La période T1 de cette tension en dents de scie est déterminée par le rythme de la manoeuvre de l'interrupteur 9. Le second générateur de dents de scie RC est constitué, de façon entièrement identique, d'un condensateur 10, d'une résistance 11 et d'un interrupteur 12. La capacité C2 du condensateur 10 et la valeur R2 de la résistance 11 sont cependant choisies de sorte que la constante de temps de charge est sensiblement plus grande que dans le cas du premier générateur ; en outre, la période T2 de la manoeuvre de l'interrupteur 12 est sensiblement plus grande que la période T1. La tension aux bornes du condensateur 10 possède ainsi une allure correspondant à celle de la courbe E2 de la figure 3 sous la forme d'une tension en dents de scie à flanc ascendant exponentiel, dont la montée est sensiblement plus plate que dans le cas de la courbe E1. Les deux entrées du comparateur 1 sont reliées aux bornes des condensateurs 7, 10 de sorte que ce comparateur compare les tensions de charge exponentielles des deux condensateurs. La production des impulsions d'analysez qui sont représentées sur le diagramme B de la figure 3, s'effectue ainsi aux points d'intersection des courbes exponentielles E1 et E2. Les impulsions d'analyse engendrées de cette façon ont, comme les impulsions d'analyse du diagramme B de la figure 1, exactement une période constante, qui diffère d'un intervalle de temps constant iXt de la période T1 du signal en adents de scie plus rapide E1. Ceci peut être démontré facilement mathématiquement. Si on désigne la constante de temps de l'élément RC 7,8 par T1 R RICl et la constante de temps de l'élément RC 10, 11 par T2 =R2C2, on obtient pour les valeurs instantanées el, e2 des tensions E1, E2 aux points I Au point d'intersection des deux courbes de tension E1 et E2 > el = e2 ; des équations (1) et (2), on tire alors Pour les valeurs instantanées e'let e'2 des tensions au point II, on a de façon correspondante Des équations (3) et (6), on tire L'écart dans le temps d t' du point = par rapport au début de la période est ainsi exactement le double de l'écart dans le temps ss bt du point I par rapport au début de la période.Ceci correspond exactement à la position exigée des impulsions d'analyse. Le calcul analogue peut être effectué pour les autres points de coincidence ; il en résulte que la période des points de coincidence et ainsi aussi la période des impulsions d'analyse est plus grande de la diffé rence de temps constante t #t que la période T1. L'interrupteur 9, qui est sous la forme d'un interrupteur mécanique dans un but de clarté, est naturellement en réalité un interrupteur électro- nique fonctionnant très rapidement. Il est commandé de sorte que la période T1 déterminée par lui est synchronisée sur la période des signaux à analyser. Le circuit de la figure 2 assure ainsi la production des impulsions d'analyse voulues pour un cout de circuit très faible, car seuls quatre éléments de circuit passifs sont nécessaires. En particulier, aucun élément de circuit à semi-conducteur n'est nécessaire, de sorte que les effets de la température sur ceux-ci ne se font pas sentir. La dépendance vis-à-vis de la température des résistances et condensateurs utilisés peut être maintenue très faible. Le circuit est par conséquent extraordinairement simple, mais surtout également tres stable thermiquement. En outre, le circuit de la figure 2 permet, de façon très simple, un réglage très fin de la différence de temps t t pour une période T1 constante. Dans ce but, au moins une des deux résistances de charge 8, 11, est rendue réglable, comme indiqué par exemple sur la figure 2 pour la résistance 8. Par modification de la valeur R1 de la résistance, la constante de temps de charge T1 du générateur en dents de scie RC se modifie, ainsi que la forme de courbe des flancs ascendants de la tension en dents de scie E1. Cette modification a pour conséquence un décalage de la position des points d'intersection avec la courbe de tension E2, ce qui est équivalent à une modification de la différence de temps t t. REVENDICATIONS 1) Circuit générateur d'impulsions périodiques d'analyse pour l'analyse électronique stroboscopique de signaux répétitifs, où la période des impulsions d'analyse diffère de la période du signal d'une faible durée déterminée, et où ledit circuit est équipé d'un comparateur qui reçoit sur une entre un signal croissant dans le temps, se répétant à la période de signal et sur la seconde entrée un signal croissant dans le temps sensiblement plus lentement, ledit comparateur déclenchant la production d'une impulsion d'analyse à chaque constatation de l'égalité des deux signaux d'entrée, caractérisé en ce que les signaux appliqués aux deux entrées du comparateur sont des tensions en dents de scie exponentielles de constantes de temps différentes. 2) Circuit selon la revendication 1, caractérisé en ce que les entrées du comparateur sont reliées aux sorties de deux générateurs de dents de scie RC de constantes de temps différentes, dont chacun comporte un condensateur qui est relié en série avec une résistance de charge à une tension continue et est en parallèle sur un circuit de décharge déclenché périodiquement. 3) Circuit selon la revendication 2, caractérisé en ce que la résistance de charge d'au moins un des deux générateurs de dents de scie RC est réglable.