Brevet FR2509913A1 — publié le 19830121

DISPOSITIF POUR FOURNIR UN SIGNAL NUMERIQUE MULTI-BITS SUSCEPTIBLE D'ETRE SELECTIONNE L'invention se rapporte à un dispositif pour fournir à un circuit électronique un signal numérique multi-bits susceptible d'être sélectionné et notamment, mais non exclusivement, à un tel dispositif adapté à être utilisé dans un système de mesure de couple pour moteurs d'avion à turbo-compresseur. Un système connu de mesure de couple, décrit par exemple dans la demande de brevet britannique publiée nO 2.050.623A, comprend une paire de roues dentées similaires, en matériau magnétique, fixées en deux points axialement espacés d'un arbre dont on désire mesurer le couple. Les roues sont adjacentes grâce à un montage de l'une d'elles par l'intermédiaire d'un tube coaxial entourant l'arbre, et les dents de l'une sont intercaléees entre celles de l'autre. Des variations du couple appliqué à l'arbre modifient la position angulaire respective des points auxquels sont fixées les roues et modifient ainsi l'espacement entre les dents intercalées adjacentes des deux roues. Ces variations d'espacement des dents sont détectées par un détecteur à induction sensible au passage des dents près de lui.Ce détecteur fournit un signal de sortie qui, après une mise en forme convenable, prend la forme d'un signal rectangulaire dont le rapport cyclique est fonction du couple à mesurer. Dans ce système connu, le signal de sortie mis en forme est traité dans un circuit analogique de mesure de couple qui fournit un signal de sortie analogique représentatif du couple appliqué à l'arbre. Toutefois de tels circuits ont une précision et une résolution limitées et sont affectés par les bruits électriques normalement rencontrés dans l'environnement difficile d'une telle installation de moteurs. Pour remédier à ces inconvénients, la demanderesse propose un système de mesure de couple qui utilise des techniques de traitement de signaux numériques. Toutefois, un tel système nécessite à son entrée au moins un signal numérique multi-bits représentatif d'une constante de calibration de l'arbre dont on doit mesurer le couple. Un objet de l'invention est donc un dispositif capable de fournir un tel signal numérique multi-bits. Selon l'invention, un dispositif pour fournir à un circuit électronique un signal électrique numérique multi-bits susceptible d'être présélectionné comprend : un support isolant ayant une borne d'entrée pour recevoir un signal d'entrée d'un niveau logique prédéterminé et une pluralité de bornes de sortie pour appliquer ledit signal numérique au circuit électronique et un circuit imprimé relativement mince monté sur la surface dudit support et comprenant une voie commune reliée électriquement à la borne d'entrée et une pluralité d'embranchements se prolongeant chacun depuis la voie commune jusqu'à une borne de sortie respective ; le support ayant, sous chaque embranchement, une forme facilitant la coupure de cet embranchement de façon à pouvoir connecter la borne d'entrée à n'importe quelle combinaison sélectionnée de bornes de sortie pour produire ledit signal numérique. L'invention ressortira d'ailleurs mieux de la description qui va suivre donnée à titre d'exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est un schéma synoptique simplifié d'un système de mesure de couple incluant un dispositif selon présente invention. - la figure 2 représente trois vues développées des dents intercalées de deux roues fixées en des points axialement espacés d'un arbre dont on mesure le couple par le système de la figure 1, les roues se trouvant dans trois positions angulaires relatives différentes. Cette figure représente aussi les formes d'ondes correspondantes des signaux produits par un détecteur à induction faisant partie du système. - les figures 3 à 5 sont des vues, respectivement en perspective, en coupe et éclatée, du détecteur à induction mentionné précédemment - les figures 6 et 7 sont des vues, respectivement en coupe et éclatée, d'un détecteur de température faisant partie du système de la figure 1 - la figure 8 est une vue éclatée de l'unité électronique du système de la figure 1, - les figures 9 et 10 représentent des aspects différents d'un dispositif dit de wsignature" qui fait partie du système de la figure 1, selon l'invention ; et, - la figure 11 est un schéma synoptique plus détaillé du système de la figure 1. En référence à la figure 1, un système de mesure de couple désigné généralement par le numéro 10, est destiné à être utilisé pour les moteurs à turbo-compresseur d'un avion biréacteur afin de mesurer le couple respectif appliqué à l'arbre de chaque moteur. Le système fonctionne en coopération avec des paires de roues dentées, une paire pour chaque arbre. Les deux roues de chaque paire sont fixées en des points axialement espacés de l'arbre concerné (l'une par l'intermédiaire d'un tube) et comportent des dents intercalées. L'espacement, mesuré selon la circonférence de l'arbre, entre des dents adjacentes intercalées, varie suivant le couple appliqué à l'arbre. Les dents, qui sont au nombre de huit sur chaque roue, peuvent se prolonger axialement comme décrit ci-après, ou avoir la forme décrite dans la demande de brevet nO 2.050.623A mentionnée précédemment. Le système 10 comprend deux détecteurs identiques 12 et 14 de couple et de vitesse, un pour chaque arbre. Chacun des détecteurs 12 et 14, décrit plus en détail par la suite, est disposé à proximité de la paire de roues dentées associées à l'arbre correspondant, de façon à détecter le passage des dents intercalées de ces roues. Les signaux de sortie des détecteurs 12 et 14 sont respectivement appliqués aux entrées 16 et 18 d'une unité électronique 20 de mesure de couple. Le système 10 comprend de plus deux détecteurs identiques de température 22 et 24, du type semi-conducteur, pour mesurer la température de chaque arbre. Les détecteurs décrits aussi plus en détail par la suite, sont immergés dans l'huile lubrifiant les arbres, et produisent des signaux de sortie respectifs qui sont sensiblement des fonctions linéaires des températures des arbres.Ces signaux sont appliqués aux entrées respectives 26 et 28 de i'unité électronique 20. L'unité électronique 20 comprend deux dispositifs d'entrée identiques 30 et 32 dits de "signature", un pour chaque arbre, et huit sorties 41 à 48. Les signaux de sortie représentatifs du couple appliqué à l'un des deux arbres apparaissent sur les sorties 41 à 43, deux de ces signaux étant utilisés pour commander respectivement des indicateurs de couple disposés sur les tableaux de bord 51 et 52 du pilote et du copilote. Le troisième de ces signaux est appliqué à un indicateur de bon fonctionnement du premier moteur (non représenté). De la même façon, des signaux de sortie représentatifs du couple appliqué à l'autre arbre apparaissent sur les sorties 44 à 46 et sont envoyées aux tableaux 51 et 52 et à l'indicateur de bon fonctionnement du deuxième moteur (non représenté).Des signaux de sortie représentatifs de la vitesse de rotation de chaque arbre apparaissent sur les sorties 47 et 48. Les tableaux de bord 51 et 52 comportent chacun une commande manuelle de test qui applique un signal de commande de test à une entrée 54 de l'unité électronique 20. Les roues dentées représentées en 55 et 56 sur les vues développées de la figure 2, comportent des dents intercalées 57 et 58 qui dépassent axialement et -dont le passage est détecté par l'un des détecteurs 12 et 14. Le signal élaboré par un tel détecteur a une forme cyclique liée aux positions relatives des dents de l'ensemble à deux roues et une fréquence liée à la vitesse de rotation. La figure 2 représente des formes d'onde typiques pour trois positions relatives des roues dentées : Tm/Ts = 1 ; Tm/tsz 1 ; et Tm/ts > 1 Le comportement des roues dentées sur l'arbre est affecté par la température effective de l'arbre. Par conséquent, comme mentionné précédemment, cette température est mesurée pour chaque arbre par les détecteurs de température 22 et 24. Les signaux de température qui en résultent sont appliqués au circuit électronique 20 qui les utilise pour modifier les informations de sortie. La fonction de l'unité électronique 20 est de mesurer pour chaque arbre, les intervalles de temps des signaux détectés pour chaque arbre comme on le décrira par la suite et de convertir ces mesures de temps en signaux de sortie analogiques proportionnels aux torsions respectives des arbres et capables d'entraîner les indicateurs des tableaux 51 et 52 et l'indicateur de bon fonctionnement du moteur. L'unité électronique 20 comporte aussi les caractéristiques suivantes : a) elle fournit un signal de sortie carré ayant un rapport cyclique de 1/1 et une amplitude constante, directement fonction de la fréquence d'entrée de chaque détecteur 12 et 14, b) elle comprend un circuit de test incorporé qui, lorsqu'il est actionné de l'extérieur, vérifie le fonctionnement correct du système complet depuis les bornes d'entrée de l'unité 20, et place les aiguilles des indicateurs 51 et 52 sur une certaine position de l'échelle si le système fonctionne. Les figures 3 à 5 représentent plus en détail le détecteur 12, qui comprend un boitier moulé 60 polyimide mélangé de verre (KINEL) qui présente une couronne de montage 62 pour fixation en un seul point du moteur. Le boitier 60 est destiné à maintenir et supporter les composants placés à l'intérieur. Du fil de cuivre émaillé (index des températures 1800C) est utilisé pour enrouler une bobine 64 sur un noyau central 66 isolé par du ruban de polyimide et des rondelles de mica (non représentés). De la résine époxy appliquée à la pointe du noyau 66 et à la bobine 54 assure l'étanchéité entre le boitier 60 et le noyau 66. Un aimant 68 en Hycomax II est disposé sur la base du noyau 66. Un tel aimant, qui convient particulièrement bien pour le circuit magnétique à réluctance élevée de ce type de détecteur, est capable de maintenir un flux élevé dans le circuit magnétique sur la gamme prévue de températures. Les extrémités 70 et 71 de la bobine sortent de l'arrière de l'aimant 68 par des passages convenablement isolés et sont soudées (avec de la soudure haute température) à des cables de sortie 72 recouverts de PTFE, par l'intermédiaire d'oeillets en appui sur une disque terminal 74. Les composants sont ensuite encapsulés sous vide dans le boitier 60 avec de la résine époxy. La résine est mélangée de poudre de silice et de mica pour améliorer sa résistance mécanique et diminuer son coefficient de dilatation. Les cables de sortie 72 ont une gaine-écran 76 qui se termine dans le détecteur et qui prise dans le volume encapsulé, s'oppose à l'arrachement des câbles. Un espace est prévu à l'intérieur du boîtier pour recevoir un écran épais 78 en cuivre de façon à protéger si nécessaire la bobine contre les parasites de fréquences radio. Les figures 6 et 7 représentent le détecteur de température 22 placé dans une sonde 80 de mesure de température d'huile à résistance de platine. Le détecteur 22 comprend un dispositif semi conducteur 82 à haute impédance qui fournit un courant de sortie sensiblement fonction linéaire de la température. La sonde 80 comprend une enveloppe 84 en acier inoxydable moulée puis usinée contenant un connecteur 86 et une résistance au platine 88. La résistance 88 est placée dans un tube 90 brasé sous vide à l'enveloppe 84. Le dispositif à semi conducteur 82 est collé à la paroi interne de l'enveloppe 84 au moyen d'un composé de silicone thermiquement conducteur, de façon à améliorer la réponse en température et empêcher les vibrations susceptibles de rompre mécaniquement les fils de connexion ou de décoller le semi conducteur de l'enveloppe. La réalisation mécanique dé l'unité électronique 20 est représentée sur la figure 8 qui montre deux cartes de circuits imprimés 90 et 92 interconnectées par des circuits imprimés flexibles 94 et 96. Ces circuits sont initialement assemblés sur une surface plane avec les connecteurs d'entrée et de sortie reliés aux circuits imprimés. Le support rigide de ces circuits imprimés comprend un sous ensemble formé par une plaque d'extrémité 102 en aluminium avec des côtés 104 et 106 et un réceptacle moulé 108 fixé à la plaque. L'ensemble de circuits imprimés est fixé sur ce sous ensemble de la façon indiquée. Des entretoises intermédiaires 110 et des vis 112 rigidifient l'ensemble à des emplacements appropriés. Un couvercle d'aluminium 114 est placé sur l'ensemble de circuits imprimés et une plaque d'extrémité 116 est fixée par des vis 118 aux extrémités des côtés 104 et 106. Les dimensions sont choisies de façon à comprimer des joints 120 disposés aux extrémités du couvercle 114, permettant à la plaque d'extrémité 116 de s'appuyer solidement sur les côtés 104 et 106. Les connecteurs d'entrée et de sortie mentionnés précédemment, dont l'un est représenté en 122, et qui ont été connectés aux circuits imprimés flexibles, sont fixés à la plaque d'extrémité 116 par des écrous 124. Chaque connecteur est fixé de façon étanche grâce aux joints 120. Les plaques d'extrémité 102 et 116 comportent trois points de fixation pour un montage par vis sur une surface plane. Les figures 9 et 10 représentent le dispositif de signature" 30 utilisé pour appliquer un signal numérique à plusieurs bits (ou wsignature") représentatif de la raideur de l'arbre et de sa torsion initiale pour un couple nul. Initialement le dispositif de signature 30 présente une liaison en court-circuit dans chaque position d'information. Si des circuits ouverts sont repris au lieu de liaisons, ils seront normalement déterminés pendant la fabrication de l'arbre et du tube de torsion et ces informations seront enregistrées sur le livre de caractéristiques du moteur ou en tout autre endroit convenable. Le dispositif de signature 30 comprend une base isolante 130 sur laquelle sont fixées dix sept broches incluant une broche d'entrée 132 et seize broches de sortie 133. Un circuit imprimé 134 mince et flexible est connecté aux broches 132 et 133, ce circuit comprenant, au centre, une voie conductrice commune 136 connectée à la broche d'entrée 132 et, de part et d'autre de cette voie une pluralité d'embranchements conducteurs 138, chaque embranchement reliant la voie centrale 136 à l'une des broches de sortie 133. La face avant du circuit imprimé 134 comporte, en surimpression, un chiffre un sur chaque embranchement 138. Les embranchements 138 peuvent être coupés, comme on le désire, en perçant le circuit 134, au moyen d'un simple outil à poinçonner à travers des trous guides 140 réalisés dans la base 130 sous chaque embranchement.Certains chiffres un sont ainsi supprimés et la signature programmée se présente sous la forme d'un code binaire (les trous représentant des zéros). La broche d'entrée 132, décalée, assure une orientation correcte du dispositif de signature 30 dans son réceptacle 108 (figure 8). La face avant du réceptacle est identifiée de façon appropriée pour indiquer le moteur auquel il se rapporte par exemple gauche et droite. Le dispositif-30, conçu comme un ensemble remplaçable, se loge- sous un couvercle d'aluminium 144 (figure 8) comportant des fenêtres 146 au travers desquelles on peut lire le code binaire mentionné précédemment. Le couvercle 144 est fixé à l'unité électronique 20 par des vis 148. Un joint 150 est placé entre les deux. Si on le désire, les trous-guides peuvent être aveugles, beaucoup plus petits, et entourés par une gorge concentrique. L'opération de perçage s'effectue alors par découpage au moyen d'un outil rotatif adapté à pénétrer dans la gorge. Les circuits du système de mesure de couple 10 sont représentés plus en détail sur la figure 11. Les signaux respectifs de couple provenant des détecteurs 12 et 14 sont appliqués par l'intermédiaire des bornes d'entrée 16 et 18 à des comparateurs 160 et 162. Les comparateurs 160 et 162 détectent les passages à zéro des signaux appliqués aux entrées 16 et 18 (une forme de ces signaux étant représentée sur la figure 11) et produisent des signaux rectangulaires dont une forme est représentée en A sur la figure 11. Les signaux de sortie des comparateurs 160 et 162 sont appliqués à des circuits bistables 164 et 166 qui divisent par deux la fréquence en réponse aux fronts montants du signal A. Les signaux de sortie des circuits bistables 164 et 166 (forme C sur la figure 11) apparaissent sur les bornes de sortie 47 et 48 de l'unité 20 et servent de signaux représentatifs de la vitesse de rotation des arbres comme mentionné précédemment. Les signaux de sortie des comparateurs 160 et 162 sont de plus appliqués à un circuit de portes 168 commandé par un microprocesseur 170 pour appliquer alternativement l'un ou l'autre de ces signaux à un circuit bistable 172.Le circuit bistable 172 a pour fonction de diviser par deux la fréquence, mais en réponse aux fronts descendants du signal A, de façon à fournir un signal dont la forme est semblable à celle du signal B de la figure 11. Les fronts descendants du signal A coïncident sensiblement avec les centres des dents 57 et 58 correspondant à l'arbre sélectionné par le microprocesseur 170 par l'intermédiaire du circuit logique 168. Par conséquent, le rapport cyclique Tm/Ts, du signal de sortie du circuit bistable 172 (c'est-à-dire du signal B) est représentatif du couple appliqué à l'arbre. Le signal de sortie du circuit bistable 172 et une version inversée de ce signal produite par un inverseur 174, sont appliqués à un autre circuit de portes 176 commandé également par le microprocesseur 170 pour appliquer alternativement l'un ou l'autre de ces signaux à une entrée d'une porte ET 178. L'autre entrée de la porte ET 178 reçoit des impulsions d'horloge à 2 MHz provenant du microprocesseur 170. La sortie de la porte ET 178 est reliée à un compteur à seize bits formé de deux sections à huit bits 180 et 182 montées en cascade. Ces compteurs 180 et 182 comptent donc ensemble les impulsions d'horloge se produisant soit pendant le niveau haut Tm, soit pendant le niveau bas Ts, suivant le choix effectué par le circuit de portes 176. Les sorties des compteurs 180 et 182 sont connectées par l'intermédiaire d'un multiplexeur 184 à un bus de données 186 à huit bits qui relie le microprocesseur 170, une mémoire morte (ROM) 188 contenant le programme du microprocesseur et une mémoire vive (RAM) 190 pour stocker les données traitées par le microprocesseur. Le microprocesseur 170 et les mémoires 188 et 190 sont aussi reliés par un bus d'adresse 192 tandis que le bus de données 186 est aussi connecté à un émetteur-recepteur asynchrone en mode série (UART) 194, à deux convertisseurs numériques analogiques 195 et 196, à deux convertisseurs numériques analogiques 197 et 198, et aux dispositifs de signature 30 et 32 (chacun desquels ayant seize broches 133 divisées en deux groupes de huit).Le microprocesseur commande l'émetteur recepteur UART 194 qui fonctionne comme un convertisseur parallèle-série, par l'intermédiaire d'autres lignes (non représentées). De plus le microprocesseur a une entrée 202 recevant le signal de commande de test appliqué à l'entrée 54 de l'unité 20. Les convertisseurs analogiques-numériques 197 et 198 reçoivent les signaux de température respectifs produits par les détecteurs 22 et 24, appliqués aux bornes d'entrée 26 et 28 de l'unité 20, et convertis en torsions par les convertisseurs courant-tension 204 et -206. Les sorties des convertisseurs 197 et 198 sont des signaux numériques appliqués -au bus de données 186. Les convertisseurs numériques analogiques 195 et 196 convertissent les signaux numériques de couple produits comme on l'expliquera par la suite, en signaux analogiques appliqués par l'intermédiaire d'amplificateurs 208 et 210 aux sorties 41 à 43 et 44 à 46 pour être utilisés comme précédemment décrit en référence à la figure 1. En fonctionnement, le microprocesseur 170 commandé par le programme stocké dans la mémoire morte 188, commande les circuits logiques 168 et 176 de façon que les compteurs 180 et 182 effectuent séquentiellement deux comptages respectivement représentatifs de la durée totale de M occurrences du niveau haut Tm et de M occurrences du niveau bas Ts du signal rectangulaire de couple provenant du premier moteur. Par exemple M peut être pris égal à 32. Les quatre nombres d'impulsions sont stockés à des emplacements ayant des adresses sélectionnées dans la mémoire vive 190 par l'intermédiaire du multiplexeur 184 et.le procédé est répété continuellement. Les comptages effectués pendant M niveaux hauts successifs et M niveaux bas successifs correspondent effectivement à un calcul de valeur moyenne qui augmente la précision et la résolution de la mesure des intervalles de temps respectifs de ces niveaux. Pour augmenter encore cette précision et cette résolution, tout en améliorant la réjection du bruit, le microprocesseur 170 est programmé pour effectuer un filtrage numérique sur les ensembles respectifs de nombres d'impulsions récents obtenus pour chaque moteur. En fait, le microprocesseur 170 est programmé pour effectuer un filtrage numérique récursif dont la réponse est une approximation de celle d'un filtre de Butterworth du second ordre, en combinant chaque ensemble de nombres d'impulsions les plus récents, généralement seize par seconde, selon la fonction Rn+î = R n + a(Sn+l - Rn~l) + b(R - R ) (1) dans laquelle et R et Rn~l sont respectivement la Rne+l R n e n-l (n+l) e la n et la (n-l) combinaison ; Sn+l est le (n+l) nombre d'impulsions et a et b sont des constantes Ainsi le microprocesseur 170 fournit 16 mesures filtrées par seconde de Tm et Ts pour chaque moteur. Les mesures filtrées pour le premier moteur sont ensuite combinées par le microprocesseur 170 pour déterminer le couple de l'arbre du premier moteur selon la formule couple = t(Ts-Tm)/(Ts+Tm) + Kob Ks. Kt (2) dans laquelle Ko et Ks sont la torsion initiale et la raideur provenant de la signature numérique inscrite dans le dispositif de signature 30 et Kt est le signal numérique représentatif de la température provenant du convertisseur 197. Une opération identique est effectuée pour le deuxième moteur et les deux signaux numériques ainsi obtenus sont appliqués respectivement aux convertisseurs numériques analogiques 195 et 196 pour obtenir les signaux analogiques de couple. Un signal numérique série représentatif du couple peut être obtenu à la sortie de l'émetteur-récepteur UART 194. Lorsque la commande manuelle de test est manoeuvrée, le signal de commande de test qui en résulte est appliqué à l'entrée 202 du microprocesseur 170 déclenchant un processus de test dans lequel la plupart de ses fonctions principales sont vérifiées. Si ces fonctions sont en état de marche, le microprocesseur 170 fournit des signaux numériques de couple qui commandent chacun les indicateurs 51 et 52 donnant une indication de couple prédéterminée. De nombreuses variantes peuvent être apportées au mode de réalisation décrit. Par exemple, deux paires de compteurs 180, 182 peuvent être utilisées et adaptées à accumuler les taux de comptage Tm et Ts en même temps au lieu de séquentiellement. Le microprocesseur 170 peut aussi être adapté à réaliser un filtrage numérique qui calcule de façon répétitive la moyenne courante des N plus récents nombres d'impulsions, N pouvant être par exemple égal à 16. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour fournir à un circuit électronique un signal numérique multi-bits susceptible d'être présélectionné, caractérisé en ce qu'il comprend - un support isolant ayant une borne d'entrée pour recevoir un signal d'un niveau logique prédéterminé, et une pluralité de bornes de sortie pour appliquer ledit signal numérique au circuit électronique ; et - un circuit imprimé relativement mince, monté sur la surface dudit support et comprenant une voie commune reliée électriquement à ladite borne d'entrée et une pluralité d'embranchements se prolongeant chacun depuis la voie commune jusqu'à une borne de sortie respective, ledit support ayant, sous chaque embranchement, une forme facilitant la coupure de cet embranchement de façon à pouvoir connecter ladite borne d'entrée à n'importe quelle combinaison sélectionnée de bornes de sortie pour produire ledit signal numérique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit support comporte un trou, sous chaque embranchement, pour recevoir un outil de poinçonnage. 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit dispositif a la forme d'un bouchon adapté à coopérer avec un réceptacle adapté à recevoir les dites bornes et connectés audit circuit électronique pour recevoir ledit signal numérique et l'appliquer audit circuit électrique.