Brevet FR2485743A2 — publié le 19811231

FR 2485743 A2 19811231 FR 8108661 A 19810430 L'invention se rapporte à un procédé pour me- surer l'affaiblissement et notamment pour déterminer la- distorsion d'affaiblissement et/ou la distorsion de temps de propagation de groupe d'un objet de mesure auquel est envoyée une impulsion d'essai dont la déformation, provo- quée par l'objet de mesure (réponse impulsionnelle) est évaluée, du type dans lequel on procède à l'aide de l'a- nalyse de Fourier à la décomposition de la réponse impul- sionnelle en harmoniques, ainsi qu'à la détermination des différentes composantes de fréquences du point de vue de leurs amplitudes et éventuellement de leur relation de phases réciproques et on effectue, au moyen de l'inser- tion des valeurs correspondantes de l'impulsion d'essai émise à l'origine, la mesure de l'affaiblissement et é- ventuellement la mesure du temps de propagation de groupe, et dans lequel l'impulsion d'essai est constituée par une série d'oscillations de fréquences différentes et d'am- plitudes et de phases initiales prédéterminées, et est formée selon la formule suivante n U(t) - A. cos (2 v.n.f.t- rn), 1. avec An représentant l'amplitude et t n la phase initiale d'une fréquence déterminée n.f, et les différents harmoni- ques d'amplitude connue ainsi produits, étant réunis par superposition pour former l'impulsion d'essai, le facteur de Crest, obtenu pour l'impulsion d'essai, Us (valeur crête) cf = Ueff (valeur efficace) étant diminuée à une valeur admissible pour la charge du système en choisissant des valeurs différentes de la phase initiale f n des oscillations individuelles harmoniques utilisées respectivement pour la superposition, plus par- ticulièrement selon le brevet principal. Dans celui-ci, on a traité du problème sur la façon dont on peut améliorer, par le choix de valeurs ap- propriées de la phase initiale, le facteur dit de Crest de l'impulsion d'essai. Ceci est nécessaire, afin de dimi- nuer autant que possible une charge du système dans le- quel se situe l'objet de mesure considéré. Car, dans le cas contraire, on risque de voir-apparaître (pour des facteurs de Crest défavorables) des valeurs de pointe non souhaitées d'amplitude, valeurs de pointe qui pour- raient conduire par exemple à une sur-régulation ou à une non-linéarité pendant l'opération de mesure. Etant donné que les non-linéarités et les sur-régulations qui sont causées par ces pointes de tension n'apparaissent que lors de l'opération de mesure, il existe le danger que lors de la mesure elle-même, une erreur soit produi- te qui, dans la pratique, n'est pas présente lors de la transmission de signaux utiles. La sélection des différentes valeurs de phase pour optimiser l'impulsion d'essai selon le brevet prin- cipal, est opérée essentiellement en tenant compte du fait que cette impulsion d'essai émise du côté de l'émission soit optimisée. Toutefois, il ressort de la pratique que dans certains cas une telle voie à elle seu- le ne donne pas des résultats optimum. La raison en est que les valeurs de phase initiale '?n qui ont été ré- glées initialement pour les harmoniques individuels chan- gent plus ou moins par l'objet de mesure (par exemple une voie de transmission d'information) par suite des distorsions de phase qui y apparaissent. Dans l'impul- sion d'essai, côté réception, qui arrive à l'emplacement de réception, on n'a donc plus des valeurs de la phase initiale t n e mais d'autres valeurs, et il est possible que de ce fait l'objet de mesure provoque l'apparition d'un accroissement, non souhaité, du facteur de Crest. La présente invention, qui se rapporte à un procédé du type rappelé en tête du présent mémoire, a pour objet d'indiquer une voie à l'aide de laquelle on peut éviter l'apparition de telles modifications, non souhai- tées, du facteur de Crest. Selon l'invention, ce problè- me est résolu grâce au fait qu'en tenant compte de la distorsion du temps de propagation de l'objet de mesure, à laquelle il faut s'attendre, la détermination des va- leurs de la phase initiale est opérée de telle manière que l'on obtient, tant pour l'impulsion d'émission que pour l'impulsion de réception obtenue après le passage de l'objet de mesure, un facteur de Crest le plus faible possible. L'impulsion d'essai composite conforme à l'in- vention tient compte, de ce fait, et pour ce qui concer- ne le facteur de Crest, tant de la répartition de la pha- se du côté émission que du côté réception. Pour l'impul- sion de test, et selon l'invention, on n'obtient pas, ni du côté émission ni du côté réception, des valeurs i- nadmissiblement importantes du facteur de Crest, en sorte que des perturbations ou des difficultés par des sur-ré- gulations ou des non-linéarités de l'objet de mesure, peu- vent être évitées dans une large limite. Pour l'interprétation de l'impulsion d'essai conforme à l'invention, il suffit de disposer, à peu près, d'une information sur la façon dont les distorsions de la phase de l'objet de mesure sont réparties en fonction de la fréquence. Normalement, on dispose de telles infor- mations soit du fait que l'objet de mesure correspondant a été mesuré d'abord de façon grossière, soit du fait que l'on dispose, dans des documents techniques correspondants, d'indications relatives à des valeurs, auxquelles il faut s'attendre, pour ce qui concerne la distorsion de temps de propagation de groupe. Par exemple, on peut admettre qu*il existe- dans la voie de transmission un rapport constant entre la distorsion de phase et la fréquence (tout au moins dans la bande de transmission proprement dite qui est inté- ressante pour la mesure). En fonction de ces relations, l'impulsion d'essai qui, du côté de l'émission, a d'abord été sélectionnée avec une certaine répartition de la phase, peut être mesurée effectivement à l'extrémité réception ou être calcalée,éventuellement être dessinée par addi- tion de la caractéristique de transmission à laquelle on peut s'attendre de façon sommaire. 'Par comparaison en- tre l'impulsion d'essai, côté émission, et que l'on a ad- mis initialement (facteur de Crest cfs) et l'impulsion d'essai déformée de façon correspondante du côté récep- tion, et ayant le facteur de Crest cfe pour le côté récep- tion, on peut trouver, aussi bien pour le côté émission que pour le côté réceptiornune impulsion d'essai optimale. En même temps on constate par quelles modifications des phases initiales on peut obtenir une influence favorable sur le facteur de Crest, et ceci tant du côté émission que du côté réception. Suivant une variante du procédé de l'invention, on applique, pour la mesure d'une voie de transmission d'informations, un accroissement de la distorsion de pha- se avec la fréquence, suivant une loi continue, pour dé- terminer les phases initiales. Suivant une autre forme de réalisation, les va- leurs de la phase initiale (bn) sont distribuées sur des valeurs de base discrètes, l'écart entre deux valeurs de base successives étant de 27f1 k Dans le cadre qui vient d'être indiqué, la pha- se initiale bn des harmoniques est déterminée par la re- lation b = g(n) 2T* m n kn1 relation dans laquelle g(n) représente une valeur croissan- te avec le numéro d'ordre croissant, k représentant un nom- bre entier qui est inférieur à n et m assumant successive- ment les valeurs entre le chiffre 0 et (k-1), la même va- leur m étant valable pour chaque harmonique x/k, et x in- diquant le nombre des harmoniques qui sont effectivement présents dans l'impulsion d'essai. Suivant une autre forme de réalisation du procé- dé, g(n) représente une fonction linéaire. Une autre variante du procédé selon l'invention est celle dans laquelle, si seulement (n-y) harmoniques sont présents, y étant l'onde fondamentale et éventuelle- ment les harmoniques suivants, la fonction g(n) est for- mée par le facteur (n-y). Suivant une autre forme de réalisation du pro- cédé, la valeur de k est choisie de telle manière que la valeur x/k est un nombre entier. En particulier, k peut être égal à 7 et x à 35 pour des harmoniques s'étendant de n = 2 à n = 36. Suivant une autre forme de réalisation, les har- moniques présentent un écart de 100 Hz. Enfin le procédé selon l'invention peut être tel qu'au moins l'amplitude de l'oscillation fondamentale f est éventuellement quelques valeursd'amplitude qui suivent immédiatement sont nulles. A l'aide des dessins annexés, l'invention sera explicitée ci-dessous. Dans le dessin La figure 1 représente une impulsion d'essai a- vec Y n = (c'est-à-dire superposition d'oscillations- cosinus de même phase initiale); La figure 2 est une impulsion d'essai selon l'invention dans laquelle le facteur de Crest a été amé- lioré par rapport à la forme de réalisation selon la figure 1; La figure 3 est un diagramme vectoriel à plan complexe de fréquences pour une impulsion d'essai selon la figure 2. Dans le cas de l'impulsion selon la figure 1, dont la durée est de 10 ms et qui est constituée par 35 harmoniques de même amplitude A, on part de la relation suivante: U(t) = >A.cos (27X.n.f.t) (1) n=2 Cela signifie que les phases initialestn = O, c'est-à-dire que l'on superpose 35 oscillations-cosinus de même phase. La fréquence de l'oscillation fondamen- tale est supposée être f = 100 Hz, cette oscillation fondamentale étant négligée et, pour la formation de l'impulsion d'essai, commençant avec n = 2 à n = 36, on utilise, au total 35 harmoniques successifs pour produire l'impulsion d'essai. Les amplitudes An sont supposées 8tre identiques. Pour une telle fonction de superposition, on obtient un facteur de Crest cf = 2x, x indiquant le nombre d'harmoniques qui sont effective- ment présents (c'est-à-dire x = 35 dans l'exemple indi- qué). Dans le cas présent, cf = 8,37. La bande de fré- quences couverte par l'impulsion d'essai s'étend de Hz à 3,6 kHz, et cela par paliers de 100 Hz, et en- globe, de ce fait, exactement un canal téléphonique ain- si qu'éventuellement des zones marginales qui pourraient être intéressantes. Si les limites des périodes de cette impulsion - d'essai sont décalées du temps to, il en résulte pour chaque oscillation-cosinus une phase initiale,et l'im- pulsion d'essai est représentée par l'équation suivante: 36 36 U(t-tO)= E A.cos 27T nf(t-tOI7 =Z_ A. coslE2l nft-n.']Ja) avec T 2T7 (3) To Y ou to = = '' (3a) La durée de la période T est donnée par T = r, (4) c'est-à-dire par la durée de la période de l'oscillation fondamentale avec la fréquence f. Le facteur de Crest ne s'est pas modifié lors de ce décalage dans le temps de l'ensemble de l'impulsion d'essai, car l'allure de la tension reste la même. En partant de ces considérations, on peut en- visager le rapport mathématique, important pour les con- sidérations ci-dessous, dans le cadre d'un décalage des limites des périodes. Pour diminuer le facteur de Crest, on utilise, pour les phases initiales bn des oscillations- cosinus des valeurs telles que l'on obtient une amélio- ration du facteur de Crest aussi bien pour le côté émis- sion que pour le côté réception. Une amélioration du côté émission seul n'est pas suffisante car, du fait du décalage de phase, des modifications supplémentaires du facteur de Crest dans l'objet de mesure peuvent inter- venir, modifications qui peuvent également transformer une impulsion d'essai optimum (du côté émission) en une impulsion d'essai à distorsion (du côté réception) avec un facteur de Cent plus mauvais. Il n'est donc pas suffisant de tenir compte uniquement du côté émission lors de l'application de l'impulsion d'essai. Il faut plutôt, tout en tenant compte de l'influence de l'objet de mesure, prendre également en considération le fac- teur de Crest du côté réception, et opérer avec une impulsion d'essai qui donne de bonnes valeurs aussi bien du côté émission que du côté réception. A cet effet, on peut non seulement adapter l'impulsion d'essai à un objet de mesure particulier, mais également faire appel à la possibilité d'utiliser des règles de dimensionne- ment de valeur générale, et dont les particularités seront explicitées ci-dessous. Une solution particulièrement avantageuse pour optimiser le facteur de Crest, tant du côté émission que du côté réception, dans une voie de transmission d'in- formations, réside dans le fait d'admettre, pour l'os- cillation-cosinus, des valeurs discrètes k des phases ini- tiales, valeurs discrètes qui sont réparties uniformé- ment sur un angle entier. Les valeurs de la phase ini- tiale bn satisfont donc, pour x oscillations harmoniques qui sont effectivement présents dans l'impulsion lais- sée, la loi 2 Tr bn = (n-1).- _ _. m (5) relation dans laquelle m représente des valeurs entiè- res de 0 à (k-1), donc m = 0,1, 2, 3... à (k-1). De ce fait on évite, au maximum, que les propriétés d'une voie de transmission, par exemple, et que l'on peut con- sidérer comme étant permanentes, compensent par trop les phases initiales choisies à l'avance et que de ce fait intervienne un accroissement, non souhaitéjdu facteur de Crest. En fonction de ces valeurs de phase discrètes k et qui sont admises, les phases des harmoniques sont choisies de telle manière que la pointe d'amplitude im- portante que l'on trouve dans la figure 1, au début et à la fin, se répartit sur k instants d'une période. Ainsi que cela ressort de la figure 2, les différentes pointes de l'amplitude sont à peine recon- naissables nettement, ce qui représente déjà une amé- lioration du facteur de Crest. Dans l'exemple d'exécu- tion selon la figure 2 et dans le diagramme vectoriel associé de la figure 3, on part des valeurs chiffrées concrètes suivantes: les 35 oscillations individuelles harmoniques présentent au total (en commençant avec 2.f = 200 Hz et se terminant avec 36.f = 3,6 kHz, donc même ré- partition que dans la figure 1), sont subdivisées en k = 7 groupes, en sorte que chaque groupe comporte 5 harmoni- ques. Dans le présent exemple, la relation suivante est donc valable U(t) =: An. cos(2 Wrnft-bn) avec An = 1 (6) n=2 f = 100 Hz (oscillation fondamentale). Les 35 harmoniques de 2.f (200 Hz) à 36.f (3,6 kHz) du présent exemple, couvrent un canal téléphonique. Les valeurs des phases initiales bn sont calculées se- lon l'équation (5) et conduisent à 2 77 bn = (n-1). 7-. m. La valeur de n commence par n = 2 (c'est-à-dire correspondant au premier harmonique 2f = (200 Hz)_7 et va jusqu'à la valeur de la fréquence la plus élevée, donc, dans l'exemple présent, n = 36 ( - 3,6 kHz). Pour la valeur m = 0, on obtient, pour les 5 (35/7 = 5) premiers harmoniques 2f, 3f, 4f, 5f et 6f, des phases initiales de bn = 0 . Cela signifie que pour le premier groupe d'oscillations, on utilise des oscillations- cosinus avec la phase initiale 0 , dont le maximum de ten- sion (supposé) se situe à t = 0. Le second groupe d'oscillations comprend 7f, 8f, 9f, 10f et 11f. Pour l'harmonique 7.f on obtient la pha- se initiale b. 1 308 . La valeur b8 (pour 8f) est donnée par b8 = (8-1)2X. 1 = 3600, c'est-àdire qu'elle a à nouveau la phase initiale 0 , La valeur pour b9 est donnée par b9 (9-1).277. 1 52. On obtient ensuite, pour 104 , la valeur de phase b10 pour l'harmonique 10f et pour b11 la valeur 156 pour 11f. On a ainsi calculé les valeurs des phases pour le second groupe qui s'étend de 7f à 11f. Les valeurs des phases pour le troisième grou- pe commençant avec m = 2 à 12f et s'étendant jusqu'à 16f. Pour ces valeurs des calculs présents sont valables par analogie, c'est-àdire par exemple b2 - 12-1) 2. 2 1131 , c'est-à-dire correspond à peu près à un angle de 520. Les autres valeurs de phase peuvent être cal- culées de façon similaire, étant noté que pour la compa- raison, toutes 'les valeurs de phase pour les différents harmoniques sont représentées dans le diagramme vecto- riel selon la figure 3. L'impulsion d'essai obtenue de cette manière possède initialement un facteur de Crest très faible, Cfs = 2,37, c'est-à-dire que la valeur du côté émission est déjà très avantageuse. Mais, en même temps, la répartition de la phase qui est obtenue selon l'équation (5) assure que par un objet de mesure correspondant, et avec les distorsions de phase qui sont caractéristiques dans la technique de transmission d'information, plus particulièrement dans les canaux téléphoniques, des mo- difications importantes du facteur de Crest ne peuvent pas intervenir dans la plage de mesure concernée au point que ce facteur n'atteint pas, dans l'impulsion d'essai côté réception,(c'est-à-dire cfe), une valeur importante qui s'écarterait de façon inadmissible de la valeur côté émission. L'impulsion d'essai représentée dans la figu- re 2 représente donc une solution maximale possible, tant du côté émission que du côté réception, solution qui peut être utilisée avec avantage pour la technique de la mesure dans la transmission d'informations. Les modifications des distorsions de phase qui sont provoquées par l'objet de mesure lors de la mesure et qui conduisent à une influence du facteur de Crest, se compensent partiellement dans cette impulsion d'essai (suivant un genre de compensation interne), et ne con- duisent, du côté réception, à aucune pointe de tension élevée qui serait inadmissible. La répartition des va- leurs de phase est donc choisie, déjà au niveau de l'im- pulsion d'émission, de façon tellement avantageuse, que l'influence d'objetude mesure au niveau de l'impulsion d'essai du côté réception, ne fournit que des résultats qui se compensent mutuellement et dans une très large mesure, en sorte que le bon facteur de Crest du côté émission peut être conservé, très largement, également du côté réception. Il est avantageux si, pour la mesure d'une voie de transmission d'informations, on met en oeuvre un ac- croissement de la distorsion de phase avec la fréquence, et cela suivant une loi continue, pour déterminer les phases initiales. Les considérations présentes peuvent être géné- ralisées de la manière suivante: Les valeurs de phase initiale bn sont réparties sur des valeurs de base discrètes k, l'écart angulaire en- tre deux valeurs de base successives étant de 2f. 1T Il peut être avantageux de choisir pour -2-- une valeur différente de 450. La phase initiale bn de l'harmonique est géné- ralement exprimée par la relation bn = g(n) -r--. m, dans laquelle g(n) représente une valeur qui croit avec le numéro d'ordre croissant n, k représentant un nombre entier qui est inférieur à n et qui prend des valeurs suc- cessives m situées entre 0 et (k-1), la même valeur m étant valable pour chaque harmonique x/k et x indiquant le nombre d'harmoniques effectivement- présents dans l'im- pulsion d'essai. Des solutions particulièrement simples sont ob- tenues si g(n) représente une fonction linéaire. Lorsque seulement (n-y) harmoniques sont présents, y représentant l'onde fondamentale et éventuellement des harmoniques sui- vants, la fonction g(n) est formée par le facteur (n-y). - La valeur de k est choisie avantageusement de telle manière que le quotient x/k soit égal à un nombre entier. REVENDICATIONS 1) Procédé pour mesurer l'affaiblissement et no- tamment pour déterminer la distorsion d'affaiblissement et/ou la distorsion de temps de propagation de groupe d'un objet de mesure auquel est envoyée une impulsion d'essai dont la déformation, provoquée par l'objet de mesure (réponse impulsionnelle) est évaluée, du type dans lequel on procède à l'aide de l'analyse de Fourier à la décomposition de la réponse impulsionnelle en harmoniques, ainsi qu'à la détermination des différentes composantes de fréquences du point de vue de leurs amplitudes et é- ventuellement de leur relation de phases réciproques et on effectue, au moyen de l'insertion des valeurs corres- pondantes de l'impulsion d'essai émise à l'origine, la mesure de l'affaiblissement et éventuellement la mesure du temps de propagation de groupe, et dans lequel l'im- pulsion d'essai est constituée par une série d'oscilla- tions de fréquences différentes et d'amplitudes et de phases initiales prédéterminées, et est formée selon la formule suivante n U(t) =An. cos (27 R n.f.t- Yn) avec 'A représentant l'amplitude et f n la phase initiale d'une fréquence déterminée n.f, et les différents harmo- niques d'amplitude connue ainsi produits, étant réunis par superposition pour former l'impulsion d'essai, le facteur de Crest, obtenu pour l'impulsion d'essai, Us (valeur crête) Cf = Ueff (valeur efficace) étant diminuée à une valeur admissible pour la charge du système en choisissant des valeurs différentes de la phase initiale t n des oscillations individuelles harmoniques utilisées respectivement pour la superposition, selon la revendication 1 du brevet principal, caractérisé par le fait qu'en tenant compte de la distorsion du temps de propagation de l'objet de mesure, à laquelle il faut s'attendre, la détermination des valeurs de la phase initiale (bn) est opérée de telle manière que l'on obtient, tant pour l'impulsion d'émission que pour l'impulsion de réception obtenue après le passage de l'objet de mesure, un fac- teur de Crest le plus faible possible. 2) Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que pour mesurer une voie de transmission d'informations, on met en oeuvre un accroissement de la distorsion de phase avec la fréquence, suivant une loi continue, pour déterminer les phases initiales. 3) Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que les valeurs des pha- ses initiales (bn) sont réparties sur des valeurs de base discrètes k, l'écart entre deux valeurs de base succes- sives étant de 2 7r 4) Procédé selon la revendication 3, caractérisé par le fait que la phase initiale bn de l'harmonique, est déterminée par la relation bn = g(n). 2 m, dans laquelle g(n) représente une valeur qui croit avec le numéro d'ordre croissant n, k étant un nombre entier qui est inférieur à n et qui prend des valeurs succes- sives m entre 0 et (k-1), la même valeur m étant vala- ble pour chaque x/k harmonique et x donnant le nombre des harmoniques qui sont effectivement présents dans l'im- pulsion d'essai. ) Procédé selon la revendication 4, caractérisé par le fait que g(n) représente une fonction linéaire. 6) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que si seulement (n-y) harmoniques sont présents, y représentant l'onde fondamentale et éventuellement des harmoniques successifs, la fonction g(n) est formée par le facteur (n-y). 7) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 3 à 6, caractérisé par le fait que la valeur de k est choisie de telle manière que la valeur de x/k est un nombre entier. 8) Procédé selon l'une quelconque tions 4 à 7, caractérisé par le fait que pour des harmoniques s'étendant de n = 2 9) Procédé selon l'une quelconque tions 1 à 8, caractérisé par le fait que ques présentent un écart de 100 Hz. des k = à n des les revendica- 7 et x = 35 = 36. revéndica- harmoni- ) Procédé selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 9, caractérisé par le fait qu'au moins l'am- plitude de l'oscillation fondamentale f et éventuellement quelques valeurs d'amplitude qui suivent immédiatement sont affectées de la valeur zéro.