Brevet FR2522849A2 — publié le 19830909

FR 2522849 A2 19830909 FR 8203432 A 19820302 Intégrateur à sorties incrémentales et capteur asservi à sorties incrémentales utilisant le principe dudit intégrateur. La présente invention concerne un intégrateur a sorties incrémentales du type de celui décrit dans le brevet principal. On rappelle que l'intégrateur à sorties incrémentaïes selon le brevet principal fait intervenir un amplificateur opérationnel monté en integrateur-sommateur-analogique qui effectue, à l'entrée de l'intégrateur, la somme algebrique de deux courants I1, I2, à savoir, un courant éventuellement représentatif d'une grandeur à mesurer et un courant I2 provenant d'un circuit comprenant: - une capacité reliée à l'entrée de l'amplificateur intégrateur-sommateur, par l'intermédiaire d'un commutateur-inverseur commandable à deux bornes de commande et, - un générateur de tension relié aux bornes de la capacité par l'intermédiaire d'un interrupteur double de charge. La commande de l'inverseur et de l'interrupteur double de charge s'effectue au moyen d'un circuit comprenant en strie, un redresseur à double alternances dont lten- trée est reliée à la sortie de I'amplificateus-sommateur, un détecteur de niveau de la tension ainsi redressée et un circuit monos table dont une première sortie est reliée à l'une ou l'autre des deux bornes de commande de llinver- seur par l'intermédiaire d'un sélecteur commandé par un détecteur de signe dont l'entrée est reliée à la sortie de l'amplificateur-sormateur-integrateur. La sortie complé- mentée de ce circuit monostable est quant à elle reliée à la borne de commande de l'interrupteur double de charge. Cet intégrateur à sorties incrémentales comprend en outre deux bornes de sortie S1 et S2 respectivement reliées aux bornes de commande de l'inverseur. Le fonctionnement de cet intégrateur a sorties incrémentales se trouve décrit dans le brevet principal et ne sera pas développé à nouveau. I1 convient cependant de noter à ce sujet que la nature des signaux délivrés par les sorties S1 et est telle que le comptage des impulsions délivrees par l'une de ces sorties (représentatives d'un signal d'entrée positif) décrémenté par les impulsions comptées. du deuxième signal impulsionnaire (représentatives d'un signal d'entrée négatif) permet d'obtenir une valeur représentative de l'intégrale, dans le temps du signal d'entrée I1. L'invention a plus particulièrement pour objet un perfectionnement du circuit de commande de l'inverseur et de l'interrupteur double de charge. Selon l'invention, ce circuit de commande perfectionné fait intervenir: - un circuit de commande du commutateur-inverseur comprenant deux détecteurs de niveau de la tension de sortie de l'amplificateur-soxmateur-in**grateur, à savoir, un détecteur de niveau haut et un détecteur de niveau bas, et des moyens permettant de transmettre un signal de commande de durée limitée à l'une ou l'autre des deux bernes de co ande du co::"tateur-inversenr selen que le niveau détecté est un niveau haut ou un niveau bas, et - un circuit permettant d'ouvrir l'interrupteur double de charge lorsque la tension de sortie de l'am- plificateur-sommateur-intégrateur atteint l'un ou l'autre des deux niveaux, et de fermer ensuite l'interrupteur double de charge au bout d'un temps égal au minimum au temps de décharge du condensateur. De façon plus précise, la commande de l'inverseur peut être réalisée au moyen de deux circuits reliés à la sortie de l'amplificateur-sommateur-integrateur, à savoir: - un circuit comprenant un détecteur de niveau haut à seuil éventuellement réglable, pilotant un premier monostable dont la sortie directe est reliée à l'une des bornes de commande du commutateur-inverseur, et - un circuit comprenant un détecteur de niveau bas, à seuil éventuellement réglable pilotant un second monostable dont la sortie directe est reliée à l'autre borne du commutateur-inverseur. La commande de l'interrupteur double de charge peut alors autre réalisée à l'aide d'une porte logique ET dont les entrées sont connectées aux sorties complémentées des deux monostables et dont la sortie est reliée à la borne de commande dudit interrupteur. Un premier avantage de l'intégrateur à sorties incrémentales ainsi constitué consiste en ce qutil présente une plus grande souplesse d'utilisation, notamment du fait qu'il est possible de régler indépendamment le seuil des détecteurs de niveau haut et de niveau bas. Un deuxième avantage de l'invention consiste en ce qu'il permet de supprimer le circuit de détection de signe de la tension de sortie de l'amplifiáteur-sommateur- intégrateur ainsi qu'un circuit de valeur absolue. En outre dans le dispositif selon l'invention on peut utiliser le môme circuit pour effectuer la détection du niveau haut et du niveau bas. Un troisième avantage très important de l'invention réside en ce qu'il permet de s'affranchir de la polarité de la tension de sortie de l'amplificateur-sommateur- intégrateur. En effet les niveaux haut et bas détectés peuvent Strie soit positifstsoit négatifs, ou bien l'un positif et l'autre négatif. Cette particularité permet de rendre l'invention applicable dans un très large domaine d'application. L'invention a également pour but la réalisation de capteurs asservis à sorties incrémentales basés sur le principe de l'intégrageur précédemment décrit. Selon l'invention un tel capteur asservi à sorties incrémentales peut comprendre: - une capacité alimentée au moyen d'un générateur de tension et d'un interrupteur double de charge; - un capteur relié aux bornes de la capacité par l'intermédiaire d'un commutateur-inverseur commandable à deux bornes de commande; - un détecteur écart connecte å la sortie du capteur; - un circuit de commande du commutateur-inverseur comprenant au moins un détecteur de niveau haut et un détecteur de niveau bas de la tension de sortie du détecteur d'écart, et des moyens pour transmettre un signal de commande à l'une ou à l'autre borne de commande du commutateur-inverseur, selon que le niveau détecté est un niveau haut ou un niveau bas;; - deux bornes de sorties connectées aux bornes de commande de l'inverseur,et - un circuit permettant ouvrir l'interrupteur double de charge lorsque la tension de sortie du détecteur d'écart atteint l'un ou l'astre deedits niveaux, et de fermer ensuite l'interrupteur double de charge au bout d'un temps au moins égal au temps de décharge de la capacité. Des modes de réalisation de l'invention seront décrits ci-après à titre dtexemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels: La figure 1 est un schéma de principe d'un intégrateur incrémental selon l'inventiong La figure 2 est le schéma de principe du circuit d'un capteur asservi utilisant le principe de l'intégrateur de la figure 1; La figure 3 est une représentation schématique d'un ensemble intégré comprenant un capteur proprement dit et un détecteur d'écart, utilisable dans le circuit représenté figure 2. Avec référence à la figure 1, l'intégrateur à sorties incrémentales comprend un amplificateur opérationnel 1 monté en intégrateur-sommateur-analogique qui effectue, à l'une de ses entrées, la somme de deux courants I1 et Ia,à savoir:: - un courant I1 éventuellement représentatif d'une grandeur a mesurer, ce courant li pouvant par exemple provenir d'un organe de détection (générateur de tension E, résistance R1j; - un courant I2 obtenu par la décharge d'une capacité C2, cette décharge étant commandée par un commutateur-inverseur 2 à deux bornes de commande 3, 4 monte entre la capacité C2 et l'entrée A de l'amplificateursommateur-intégrateur 1. La charge de la capacité C2 s'obtient au moyen d'un générateur de tension Vr 5 relié aux bornes de la capacité C2 par l'intermédiaire d'un interrupteur double de charge 6. La sortie de 1' amplificateur-sommateur-întégrateur 1 est reliée aux deux bornes de commande du commutateurinverseur 2 au moyen de deux circuits séparés comprenant respectivement - un détecteur de niveau haut 7 à seuil éventuellement réglable +SD, qui pilote un monostabie 8 dont la sortie directe 9 est reliée à la borne de commande 3 du commutateur-inverseur 2,et - un détecteur de niveau bas 10 à seuil éventuellement réglable -SD qui pilote un deuxième monostable 11 dont la sortie directe 12 est reliée à la borne de commande 4, du commutateur-inverseur 2. Par ailleurs, les sorties cotplémentées 13, 14 des deux bascules monostables 8, 11 sont respectivement reliées aux deux entrées d'une porte ET 15 dont la sortie 16 est connectée à la borne de commande 16'de l'inter- rupteur double de charge 6. Les bornes de sortie S1 S2 de l1intégrateur à sorties incrémentales sont respectivement reliées aux sorties directes 9, 12 des monostables 8 et 11. Le fonctionnement de ce circuit peut s'énoncer comme suit s Tant que la tension de sortie S de l'amplificateur- sommateur-intégrateur 7 est comprise entre les limites -SD et +SD précitées, l'interrupteur double de charge 6 est fermé et les contacts du commutateur-inverseur 2 sont ouverts. En effet, aucun des deux monostables 8, 11 se trouve a 1;état excité et ne transmet un ordre de commande de fermeture aux deux bornes de commande 3, 4 du comuta- teur-inverseur 2. Par contre, pendant cette periode, la sortie complë- menthe 13, 14 des monostables 8 11 émettra un signal de commande maintenant l'interrupteur double de charge 6 en position fermée. La capacité C2 se trouvera donc chargée à la tension de référence Vr, toujours dans le même sens. Quand la tension de sortie S de l'amplificateurintégrateur-sommateur 1 atteint l'un ou l'autre seuil +SD ou -SD, le détecteur de niveau 7, 10 correspondant commande le monostable 8, 11 qui lui correspond. Ce monostable 8, 11 bascule et transmet à la borne correspondante 3, 4 du commutateur-inverseur 2 un signal de commande de fermeture. Parallèlement, la sortie com plémentée 13, 14 du monostable excité 8, 11 émet un signal de commande d'ouverture à l'interrupteur double de charge 6 qui passe en position ouverte. La décharge du condensateur C2 (courant I2) à l'entrée A de l'amplificateur-sommateur-intégrateur 1 aura pour effet de ramener la tension de sortie S à l'int- rieur du domaine défini par l'intervalle +SD et -SD par exemple vers zéro. Au bout d'une période métastable qui sera choisie au Moins égale au temps de décharge de la capait C2, la bascule monostable retournera à son état non excité en provoquant l'ouverture du comsutateur-inverseur et -la fermeture de l'interrupteur double de charge. La capacité C2 se trouvera donc à nouveau chargée et le système se trouvera pret à amorcer un nouveau cycle sous la commande de l'un ou de l'autre monostable 8, 11. Ainsi, au niveau des bornes de sorties S1 et on obtiendra deux signaux impulsionnaires, à partir desquels on peut obtenir une valeur représentative de l'intégrale, dans le temps, du signal d'entrée I1 par exemple par comptage des impulsions délivrées par llune de ces sorties par exemple S1 decrdmenté par les impulsions émises sur ltautre sortie par exemple S2. Avec référence à la figure 2,le capteur asservi comprend un circuit similaire à celui de l'intégrateur représenté figure 1, à la différence près, que l'ampli ficateur-int8grateur-sommateur 1 et le circuit délivrant le courant I1 (générateur E résistance R1) sont remplaces par un ensemble comprenant un capteur 17 sensible à un paramètre extérieur tel qu'unie force F à mesurer, un détecteur d'écart 18 et un réseau correcteur 19. Le capteur 17 peut comprendre, comme représenté figure 3, un pendule 20 pouvant osciller dans un champ magnétique (pales N, S) et équipé d'une bobine de rappel 21 connectée à la sortie du commutateur inverseur 2. A ce capteur 17 est associé un détecteur d'écart 18 permettant de délivrer un signal représentatif de l'écart angulaire dans un sens ou dans l'autre du pendule 20 par rapport à sa position d'équilibre (ou d'une position de référence). Dans le cas où cet écart dépasse le seuil correspondant au niveau haut (détecteur de niveau 7) le signal délivré par le détecteur d'écart 18 provoquera le basculement de la bascule monostable 8 ce qui provoquera la décharge dans un sens de la capacite C2 au travers de la bobine de rappel 21 et celle-ci tendra à ramener le pendule 20 vers sa position d'équilibre (action antagoniste à ceile qui a provoqué l'écart du pendule 20). Si l'action qui a provoqué l'écart du pendule 20 continue à se manifester, une fois la capacité C2 déchar gée, puis rechargée selon le processus précédemment décrit, ltécart du pendule 20 dépassera à nouveau le seuil prédéterminé et un nouveau cycle recommencera. Si > par la suite, sous l'effet d'une action inverse, le pendule 20 effectue un écart dans l'autre sens dépassant le seuil correspondant au niveau bas, le signal délivré par le détecteur d'écart 10 provoquera le basculement de la bascule monostable 11, ce qui provoquera la décharge dans l'autre sens de la capacité C2 au travers de la bobine de rappel 21 qui tendra à ramener le pendule 20 vers sa position d'équilibre, et ainsi de suite. On obtient donc un fonctionnement identique à celui de l'intégrateur précedemment décrit. REVENDICATIONS 1.- Intégrateur à sorties incrémentales du type comprenant, selon la revendication 1 du brevet principal, un amplificateur-intégrateur-sosmateur-analogique (1) qui effectue, à ltentrée de l'intégrateurt la somme algébrique de deux courants (I1, I2), à savoir, un courant (I1) éventuellement représentatif d'une grandeur à mesurer et un courant (I2) provenant d'un circuit comportant:: - une capacité (C2) reliée à l'entrée (A) de l'amplificateur-intégrateur-sommateur (1), par 1 'intermédiai- re d'un commutateur-inverseur commandable (2) à deux bornes de commande (3, 4),et, - un générateur de tension (5) relié aux bornes de la capacit4(C; par l'intermédiaire d'un interrupttur double de charge (6) caractérisé en ce qutil fait intervenir:: - tn circuit de commande du commutateur-inverseur (2) comprenant deux détecteurs de niveau de la tension de sortie de l'amplificateur-sommateur-intégrateur (1), à savoir,un détecteur de niveau haut (7) et un détecteur de niveau bas (10), et des moyens permettant de transmettre un signal de commande de durée limitée à l'une ou l'autre des deux bornes de commande (3, 4) du commutateur-inverseur selon que le niveau détecté est un niveau haut ou un niveau bas, et - un circuit permettant d'ouvrir l'interrupteur double de charge (6) lorsque la tension de sortie de l'amplificateur-sommateur-intégrateur (1) atteint l'un ou l'autre des deux niveaux et de fermer ensuite l'interrupteur double de charge (6) au bout d'un temps égal, au minimum au temps de décharge du condensateur (C2). 2.- Intégrateur à sorties incrémentales selon la revendication 1, caractérisé en ce que la commande du susdit commutateur-inverseur (2) est réalisée au moyen de deux circuits reliés à la sortie de l'amplificateursommateur-intégrateur (1), à savoir: - un circuit comprenant un détecteur de niveau haut (7) à seuil éventueliement réglable, pilotant un premier monostable (8) dont la sortie directe est reliée à l'une des bornes (3) de commande du commutateur-inverseur (2), et - un circuit comprenant un détecteur de niveau bas (10), à seuil éventuellement réglable pilotant un second monostable (il) dont la sortie directe est reliée à l'autre borne (4) du commutateur-inverseur (2). 3.- Intégrateur à sorties incrémentales selon la revendication 2, caractérisé en ce que la commande de l'interrupteur double de charge (6) est réalisée à l'aide d'une porte logique (ET 15) dont les entrées sont connectées aux sorties complémentées (13, 14) des deux monostables (8, 11) et dont la sortie est reliée à la borne de commande (:6')dudit interrupteur double de charge (6). 4.- Capteur asservi à sorties incrémentales utilisant le principe de l'intégrateur à sorties incrémentales selon l'une des revendications précédentescaractérisé en ce qu'il comprend: - une capacité (C2) alimentée au moyen d'un générateur de tension et d'un interrupteur double de charge (6); - un capteur (17) relié aux bornes de la capacité (C2) par l'intermédiaire d'un commutateur-inverseur (2) commandable à deux bornes de commande (3, 4) - un détecteur d'écart (18) connecté à le sortie du capteur (17);; - un circuit de commande du susdit commutateurinverseur (2) comprenant deux détecteurs de niveau haut de la tension de sortie du détecteur d'écart à savoir un détecteur de niveau haut (7) et un détecteur de niveau bas (10), et des moyens permettant de transmettre un signal de commande de durée limitée, à l'une ou l'autre des deux bornes de commande du commutateurinverseur (2) selon que le niveau détecté est haut ou bas, et - un circuit permettant d'ouvrir l'interrupteur double de charge (6) lorsque la tension de sortie du détecteur d'écart, atteint l'un ou l'autre des deux niveaux et de fermer ensuite l'interrupteur double de charge (6) au bout d'un temps égal, au minimum au temps de décharge du condensateur(02 5.- Capteur à sorties incrémentales selon la revendication 3, caractérisé en ce que la commande du susdit commutateur-inverseur (2) est réalisée au moyen de deux circuits reliés à la sortie du détecteur d'écart (18), à savoir: - un circuit comprenant un détecteur de niveau haut (7) à seuil éventuellement réglable, pilotant un premier monostable (8) dont la sortie directe est reliée à l'une des bornes de commande du commutateur-inverseur (2), et - un circuit comprenant un détecteur de niveau bas (10), à seuil éventuellement réglable pilotant un second monostable (11) dont la sortie directe est reliée à l'autre borne du commutateur-inverseur (2). 6.- Capteur à sorties incrémentales selon la revendication 5 caractérisé en ce que la commande de l'interrupteur double de charge (6) est réalisée à l'aide d'une porte logique (ET 15) dont les entrées sont reliées aux sorties complémentées des deux monostables (8, li) et dont la sortie est reliée à la borne de commande dudit interrupteur double de charge (6).