Brevet FR2397640A1 — publié le 19790209

La présente invention concerne un dispositif de mesure de la pente moyenne d'une courbe représentative d'un phénomène en évolution Un phénomène électrique ou physique ou chimique, en évolution peut toujours être représenté par une courbe qui indique ses variations au cours du temps. L'établissement de cette courbe est facilité par le fait que tout phénomène peut etre transformé en une succession de signaux électriques délivrés par un transducteur approprié. L'examen de cette courbe permet de déceler aux instants où elles se produisent des modifications importantes dans ltévolution du phénomène dont la connaissance est nécessaire et qui peuvent conduire à prendre des mesures. Ces mesures peuvent etre des mesures de sécurité si la modification constatée de la courbe est due à une anomalie dans l'évolution du phénomène. Sur la courbe représentative du phénomène, une telle modification se traduit par une modification de sa pente de sorte que la connaissance de la pente d'une courbe à un instant donné ou sa variation pendant un temps déterminé pouvant être long, fournit une information à partir de laquelle une série de décisions peuvent être prises, liées au phénomène que la courbe représente. La demanderesse connait un dispositif ayant pour but de détecter les variations de pente de formes d'onde, mais plus particulièrement entre deux niveaux constituant des extrémums du signal représentatif à traiter. On détermine pour ce faire le niveau du signal atteint à un instant donné, par exemple dans un détecteur de crete, niveau que l'on enregistre. On compare ensuite la décroissance de cette valeur enregistrée à celle du signal dont la pente s'est modiflée,si la décroissance a été plus rapide que celle de la valeur enregistrée, on admet qu'il y a eu variation de la pente. Ce dispositif ne détermine que la modification de la pente entre deux extremums, et ne donne pas la valeur moyenne de cette pente, qui précisément est le but de l'invention. Suivant l'invention en effet, on cherche à détecter la modification pouvant être rapide de la pente de la courbe et relativement durable et pour ce faire on détermine la valeur de la pente de la courbe pendant un intervalle de temps déterminé, c'est-à-dire la valeur moyenne de cette courbe pour l'intervalle de temps considéré. D'une façon générale, si l'on considère un signal variable en fonction du temps, on sait que la pente à un instant t est donnée par la dérivée en fonction du temps soit : p(to) = dA/dt) t = to (1) siA est le signal considéré et p sa pente. Par définition la pente moyenne de ce signal pour un intervalle de temps est donnée par l'intégrale Cette intégrale dépend du point de départ (to) choisi ctest-à-dire du point où débute l'intervalle de temsp considéré pour effectuer l'intégration. Pour chaque valeur de to on obtient donc une valeur de la pente moyenne différente. Pour calculer la pente moyenne p (to), il faut déterminer les pentes élémentaires p (t) dans l'intervalle de temsp t T, soit pour t t 4 tu +Q T, mettre les valeurs obtenues en mémoire, en faire la somme puis diviser le résultat parT. Cette façon de procéder apparait longue et coûteuse, par le grand nombre de circuits qu'elle requiert. Suivant l'invention on peut rapprocher les équations (I) et (2) ci-dessus et exprimer la pente moyenne de l'équation (2) sous une autre forme en utilisant l'expression (1) de la pente du signal variable considéré. Suivant l'invention par conséquent, on détermine la valeur de la pente moyenne sur un intervalle #T, en effectuant la soustraction des valeurs d'amplitude extrêmes prises par le signal pour des instants séparés de A T et en divisant ensuite le résultat de la soustraction par #T. Suivant 11 invention, le signal évolutif considéré étant représenté par une courbe traduisant une variation de tension en fonction du temps, le dispositif comporte des moyens calculant en temps réel les variations de cette tension pendant un intervalle de temps déterminé choisi a priori et ces moyens sont constitués par un circuit d'échantillonnage, suivi d'un convertisseur analogique numérique, de registres à décalage et d'une unité arithmétique. D'autres avantages et caractéristiques de l'invention apparaitront au cours de la description d'un dispositif de mesure, donné à l'aide des figures qui représentent - la figure 1, un diagramme schématique du dispositif, - la figure 2, un schéma montrant comment s'effectue le calcul de 12 pente moyenne en temps rée... Ainsi que cela a été déjà exprimé, le dispositif objet de l'invention a pour but de déterminer la valeur moyenne de la pente d'une courbe représentative d'un phénomène dont la nature n'est pas précisée, et qui évolue au cours du temps. L'étude de cette évolution permet de déterminer en particulier les instants où ce phénomène subit des modifications pouvant être brutales et qui peuvent nécessiter des interventions pour agir sur le phénomène lui-même dans un sens déterminé, ou pour agir dans un autre domaine qui lui est lié. Cette modification détectée sur la courbe peut permettre également l'analyse d'un signal particulier ou sa discrimination parmi d'autres signaux. Cependant pour éviter de déterminer une variation brutale de la pente dont la connaissance pourrait n'apporter aucune information valable, on cherche suivant l'invention à déterminer une variation de pente qui se poursuit pendant un certain temps1 certes bref mais qui est due à un phénomène dont la modification est bien installée et dont par conséquent la connaissance présente de l'importance. Le dispositif détecte dans ces conditions une pente moyenne. Toutefois étant donné que l'intervalle de temps considéré peut etre choisi très bref, le calcul de la pente moyenne peut être semblable au calcul de la variation brutale de la pente. Le dispositif suivant l'invention vise donc à la connaissance de la modification de la pente de la courbe à- un instant déterminé ou pendant un intervalle de temps déterminé qui constitue le point de départ d'une action. Comme cela a été dit le dispositif suivant l'invention visant à calculer la valeur moyenne de la pente de la courbe, ce calcul implique la connaissance de deux éléments, le temps sur lequel la moyenne doit être calculée et la variation de la tension correspondant à cet intervalle de temps. Dans le dispositif suivant l'invention, on se donne a priori l'intervalle detemps qui de ce fait est connu et l'on procède au calcul de la variation de la tension que représente la courbe. Dans ces conditions la pente de la courbe est donnée par le rapport p = Av dans lequel p représente la pente moyenne, l'intervalle de temps fixe considéré et V la variation du niveau dans l'intervalle t T. La figure 1 représente le diagramme schématique du dispositif de mesure de la pente moyenne de la courbe représentative du phénomène dont on étudie l'évolution. Il comporte un circuit échantillonneur I recevant le signal analogique en lequel le phénomène étudié a été transformé par tout moyen approprié, non partie de l'invention. Cet échantillonneur 1 est suivi par un convertisseur analogique numérique 2 dont les sorties sont connectées aux entrées d'une série de registres à deca- lage 3. Un circuit programmmteur 4 piloté par une horloge 5, commande les circuits 1-2-3. Les circuits à décalage 3, sont connectés à un circuit soustracteur 6 qui effectue la soustraction bit à bit de l'expression enregistrée dans les registres. La sortie de ce circuit soustracteur peut etre connectée à un circuit comparateur 7, suivant les applications qui sont désirées. Le fonctionnement d'un tel dispositif est le suivant. Le signal analogique qui sous une forme électrique représente le phénomène en évolution qui doit être étudié ou dont plus précisément on veut déterminer la pente moyenne pour en tirer certain enseignement est appliqué à l'entrée 8 du circuit échantillonneur I. La fréquence d'échantillonnage dt dans laquelle dt représente la durée d'un échantillon est donnée par l'horloge 5 et transmise à l'échantillonneur par le programmateur 4. La période d'échantillonnage dt doit être choisie en fonction du spectre du signal. La fréquence la plus lente de cette période ne doit pas excéder la valeur 1/2 1/dt 2 dt suivant le théorème de Shannon. La sortie de ce circuit d'échantillon- nage délivre une série de valeurs discrètes ou plus exactement une série d'échantillons répartis dans le temps à dt les uns des autres et ayant une valeur de tension égale à celle du signal à l'entrée aux instants considérés. Cette série de signaux est numérisée dans un convertisseur analogique numérique ayant par exemple m bits.Ces m bits sont envoyés dans une série de registres à décalage > , chaque bit progressant au cours du temps dans un registre particulier, ceux-ci étant montés en parallèles. Chaque registre comprend par exemple n éléments et les bits progressent par pas de dt, sous la commande de l'horloge 5 a travers le programmateur 4. On observera que le temps mis par le signal numérique pour parcourir un registre 2 décalage, de longueur n, c'est-à-dire contenant n éléments est (n - l)dt. Ce temps constitue le temps fixeZ T choisi pendant lequel on détermine la pente de la courbe étudiée.On peut déjà noter que ce temps AT étant à la disposition de l'utilisateur, il peut etre choisi très bref de sorte que la pente moyenne calculée alors est équivalente à une pente instantanée. La figure 2 indique comment se présente la courbe échantillonnée C. Les échantillons qui sont espacés de la valeur dt dans le temps présentent chacun une amplitude A(t > . On a également porté sur cette figure l'espace de tempsb?l, qui a été choisi comme espace de temps fixe pour le calcul de la pente moyenne. Dans ces conditions on peut se rendre compte du calcul à effectuer pour déterminer la pente moyenne.Le temps ÊT étant connu, il suffit comme cela a été déjà énoncé, d'effectuer la différence entre les amplitudes de l'échan- tillon, représenté en analogique sur la figure 2, mais exprimé en numérique dans les circuits du dispositif de la figure 1, soit A(to), échantillon présent a' l'entrée des registres à décalage 3 (figure 1) et A (to - #T) amplitude de l'échantillon présent a' la sortie desdits registres La différence d'amplitude en analogique est successivement 2v (to) = A (t - A (t JjT) V (t + dt) = A (t + dt)- A (t + dt -,T) V (tó + 2dt) = A (to + 2dt) - A (to + 2dt -bT) avecflT = (n-l) dtavec dans le cas de la figure n = 5. On constatera que le calcul de la pente qui est donnée par P = aT est bien exécuté en temps réel. Dans le dispositif de la figure 1, ce calcul est effectué en numérique dans un soustracteur 6 qui réalise la soustraction sur chaque mot des expressions numériques présentes dans la première case du registre et dans la dernière case du registre. Le circuit de soustraction 6 délivre de la sorte tous les dt secondes, la valeur moyenne correspondante de la pente de la courbe évaluée sur un intervalle de temps T, et représentative du phénomène étudié ou surveillé. La connaissance de cette pente moyenne est exploitee suivant par exemple le phénomène que la courbe représente. Dans le cas par exemple où la courbe rend compte de l'évolu- tion d'un processus, la connaissance de la pente moyenne, si cette dernière dépasse une valeur déterminée peut indiquer qu'une anomalie a surgi dans l'évolution qui nécessite de prendre certaines mesures A ce moment, la totalité du signal se trouve dans les m registres de n bits. On peut donc-transférer ce signal jugé intéressant-dans d'autres registres ou mémoires pour l'analyser ultérieurement avec plus de précision. Dans cette hypothèse, le soustracteur 6 est connecté à un comparateur numérique 7, qui reçoit par ailleurs une valeur de consigne exprimée en numérique avec la meme précision que celle avec laquelle le soustracteur 6 donne son résultat. Ce comparateur effectue la comparaison bit à bit des deux expressions et délivre sur ses sorties une information suivant laquelle l'amplitude du signal déterminée par le dispositif suivant l'invention est égale, inférieure ou supérieure à l'amplitude du signal de consigne. Il est évident que ces informations peuvent etre exploitées suivant différentes manières qu'il n'est pas nécessaire de détailler dans le cadre de la présente invention. Dans la description précédente on a décrit comment le dispositif suivant l'invention calculait la pente moyenne d'une courbe représentative d'un phénomène. On peut constater que le calcul de la pente moyenne et donc sa connaissance à la sortie du dispositif n'est pas limitée à l'intervalle de temps considéré, mais qu'elle est automatiquement étendue à une pluralité de tels intervalles qui finissent par couvrir tout le temps pendant lequel le phénomène que la courbe représente existe ou est étendu. Le dispositif suivant l'invention permet donc d'étudier en temps réel et sur une période de temps indéfinie la variation de la pente moyenne d'un signal.Il permet également et ceci est une conséquence du fait que le dispositif peut déclencher une action pour une valeur particulière de la pente moyenne à un instant donné, l'acquisition d'un signal à partir d'une certaine valeur de la pente moyenne. De fait, une partie du signal correspondant à un temps égal à (n-l)dt est comprise dans les registres, de sorte que l'on peut remonter dans le temps et avoir une connaissance du signal à un moment particulier de son évolution passée. De plus, l'intervalle de temps bT considéré peut etre choisi quelconque et à la limite #T peut être égal au pas d'échantillonnage dt de sorte que la pente moyenne pour un intervalle de temps très petit est équivalente à la pente instantanée. On a ainsi décrit un dispositif de détermination en temps réel de la valeur de la pente moyenne d'une courbe représentative d'un phénomène, pente dont la connaissance à des instants déterminés ou pour une valeur déterminée, détermine une action à entreprendre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de mesure de la pente d'une courbe représentative d'un phénomène en évolution dans lequel le phénomène, physique ou chimique en évolution est transformé en un phénomène électrique représenté par une courbe traduisant une fonction tension-temps, caractérisé par le fait qu'il comprend un circuit d'échantillonnage (1) auquel est appliqué le signal représenté. par ladite courbe et qui délivre une série d'échantillons A(t) à des instants définis par la période d'échantillonnage dt choisie, un circuit convertisseur (2) analogique numérique transformant chaque échantillon en son équivalent numérique sous la forme d'une expression numérique sur m bits suivant la précision désirée, une série de registres à décalage (3) recevant chacun un bit de l'expression numérique appli quée et comportant un nombre d'éléments (n) corre31Dondant a f'inter- valle de temps tiT) pendant lequel s'effectue une mesure, et une unité arithmétique (9) effectuant en temps réel la mesure de la pente par soustraction, du dernier mot de m bits à celui du premier mot de m bits. 2. Dispositif de mesure de la pente d'une courbe suivant la revendication I, caractérisé par le fait que 1'unité arithmétique (9 > délivre au rythme de la période d'échantillonnage (dt) choisi, la valeur de la pente moyenne évaluée sur un intervalle considéréfixe N T 3. Dispositif de mesure de la pente d'une courbe suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'unité arithmétique (8) comporte un soustracteur (6) et un comparateur (7) recevant une valeur de consigne représentant une pente exprimée en numérique et avec la précision (m) requise, par rapport à laquelle on compare la valeur de la pente délivrée par le circuit soustracteur (6). 4. Dispositif de mesure de la pente d'une courbe suivant l'une ou l'autre des revendications 1 et 3, caractérisé par le fait qu'il comprend une horloge (5) suivi d'un programmateur (4) commandant l'échantillonneur (I), le convertisseur (2) et les registres à décalage (3). 5. Dispositif de mesure de la pente d'une courbe suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'intervalle de temps de mesure au considéré est choisi suivant les cas de tordre de plusieurs periodes d'échantillonnage, la pente calculée étant alors la pente moyenne sur l'intervalle de temps considéré. 6. Dispositif de mesure de la pente d'une courbe suivant la revendication 1, caractérisé par le fait que l'intervalle de temps de mesure GT considéré est choisi égal à une période d'échan- tillonnage (dt), la pente moyenne calculée étant équivalente à la pente instantanée. 7. Dispositif de mesure de la pente d'une courbe suivant la revendication 1, caractérisé par le fait qu'à chaque instant la totalité du signal utile se trouve dans les registres de n bits, que ce signal est transferable dans d'autres registres ou mémoires, et analysable ultérieurement dans ces registres ou mémoires.