Brevet FR2533310A1 — publié le 19840323

"Montage-d'exploitation pour capteur à anneau en court- circuit". L'invention a pour objet un montage d'exploi- tation pour capteur de course inductif comportant deux bobines montées sur un noyau en fer commun, l'une d'elles ayant une inductance de comparaison fixe Lo et l'autre ayant une inductance L qui varie à l'aide d'un anneau en court-circuit qui entoure l'une des branches du noyau en fer et qui est déplaçable en fonction de la course à mesurer,-un oscillateur fournissant une tension triangulaire par laquelle sont alimentées les deux bobines branchées en série. Un montage d'exploitation de-ce type est déjà décrit dans le document DE-OS 29 02 157 6. L'invention a pour but de perfectionner un tel montage d'exploitation de manière à filtrer ou à éliminer dans une large mesure les signaux parasites statiques et périodiques. L'invention concerne à cet effet un montage du type ci-dessus caractérisé en ce qu'un redresseur à sélection de phase est raccordé à un amplificateur L/Lo, ce redresseur étant commandé par une horloge fonctionnant à la cadence de l'oscillateur à tension triangulaire. L'invention sera mieux comprise en regard de la description ci-après et des dessins annexés représen- tant un exemple de réalisation de l'invention, dessins dans lesquels: La figure 1 est un schéma d'ensemble d'un montage d'exploitation conforme à l'invention, La figure 2 représente un amplificateur de découplage; La figure 3 représente un redresseur à sélection de phase et une horloge appartenant au montage d'exploitation. La figure 4 représente un circuit de dé- tection d'amplitude minimale; Les figures 5 a à 5 e sont des graphiques représentant les variations de divers signaux en fonction du temps. Le montage d'exploitation représenté sché- matiquement sur les dessins est prévu pour un capteur à anneau en court-circuit semi-différentiel (HDKR) Confor- mément à la figure 1, le montage se compose d'un oscilla- teur à tension triangulaire 10, d'un organe de temps de fonc- tionnement 20, d'une horloge 30 raccordée à cet organe, d'un amplificateur de découplage 40 raccordé à l'oscilla- teur 10 pour la tension triangulaire ainsi que d'un ampli- ficateur L/Lo 50 pour les deux inductances Lo et L raccordées à l'amplificateur de découplage Cet amplifi- cateur 50 fonctionne avec un redresseur 60 à sélection de phase commandé par l'horloge 30 Ce redresseur fournit à sa sortie une tension Ux proportionnelle au quotient L/Lo. Le montage d'exploitation est décrit en détail ci-après: Oscillateur à tension triangulaire 10 L'oscillateur à tension triangulaire 10 produit une tension triangulaire symétrique d'amplitude constante et de fréquence constante. L'oscillateur 10 est construit avec des composants économiques et il est pourtant stable vis-à-vis de la température La dérive de température du temps de retardement du comparateur IC 900/10, 11, 13) est compensée dans une large mesure par la dérive de la tension de satu- ration du transistor de sortie du comparateur (sortie à collecteur ouvert) et par la combinaison intentionnelle de résistances à film métallique et à couche de carbone (R 913; R 909 rapportées à R 904) (voir figure 2). Amplificateur de découplage 40 (Figure 2) - Le signal triangulaire au point de mesure MP 23 est envoyé à la bobine de référence Lo du capteur HDKR par l'intermédiaire du composant IC 902 branché en convertisseur d'impédance et du filtre antiparasite F 1. L'étage de sortie à collecteur ouvert du composant IC 902 est déterminé pour être résistant aux courts-circuits vis-à-vis du pôle positif de la batterie De même, la résistance R 914 est déterminée pour être résistante aux courts-circuits vis-à-vis du môle négatif de la batterie Les diodes D 900 et D 901 protègent le transistor de sortie contre les pointes de tension positives et négatives sur la ligne R Wo du capteur au-delà de l'ali- mentation en tension de la batterie. Amplificateur L/Lo 50 La bobine de référence Lo détermine l'im- pédance d'entrée Zo = jw Lo + Ro de l'amplificateur opéra- tionnel inversant IC 903 Dans le branchement de couplage de réaction se trouve la bobine de mesure donnant l'im Dé- dance déterminante de couplage de réaction Z = jw L + R Les composants R 948 et C 907 amortissent l'amplification des parties à fréquence élevée de la tension triangulaire dans une mesure telle que l'amplitude de sortie désirée du composant IC 903 remplisse la relation suivante avec une bonne approximation: Lpour URW 2 = UWO Zo^ URWO pour RW 2 t Lo R_ L Ro Lo R 948 C 907 faibles C 907 faible et donc négligeables Aucun courant continu ne passe dans le capteur à anneau en court-circuit semi- dieférentiel car le point de fonctionnement en tension continue de l'oscillateur à tension triangulaire 10 et de l'amplificateur L/Lo 50 est dérivé du même diviseur de tension (R 900, R 901, R 902) et se trouve donc exactement au même potentiel. Le composant IC 903 comporte, de même que le composant IC 902, un étage de sortie à l'épreuve des courts-circuits Les diodes D 902 et D 903 ainsi que D 904 et D 905 protègent le composant IC 903 contre les pointes de tension positives et négatives régnant res- péctivement sur les conducteurs RW 1, RW 2 du capteur. Les composants F 1 i F 2 et F 3 servent à assurer le filtrage HF des signaux parasites sur les conducteurs du capteur. Redresseur à sélection de phase 60 et horloge 30 (Figure 3 > Par l'intermédiaire des résistances R 924 et R 925, le signal triangulaire URW 2 est envoyé au commutateur analogique CMOS IC 904 qui est commandé à son tour par les signaux U 51 et U 52 de l'horloge 30 (voir Figure 5) La diode D 907 protège le commutateur CMOS contre les effets de blocage par surtension (tensions de commande trop élevées). En raison de la sécurité vis-à-vis des parasites, les signaux de cadence sont prélevés sur l'oscillateur à tension triangulaire 10 au point de mesure MP 23 par l'intermédiaire de l'organe de temporisation R 911, C 903 La durée de temporisation retarde le signal de temporisation d'un temps dont l'ordre de grandeur est égal au temps de fonctionnement de l'amplificateur L/Lo 50, de sorte que les flancs des signaux de cadence passent par le point de valeur nulle de la tension alternative. Le commutateur CMOS (IC 904) a pour tâche de brancher le signal URW, au point de mesure MP 31 dans l'une, t 1 des demi-périodes du signal triangulaire (Figure 5 a) La tension de référence (en MP 32, prélevée en MP 21) est alors branchée au point de mesure MP 30. Pendant l'autre demi-période t 2, le signal URW 2 est branché en MP 30 et la tension de référence est branchée en MP 31 Par rapport à la tension de référence, le signal URW 2 est redressé négativement en MP 30 et positivement en MP 31 Les deux signaux sont combinés entre eux, par l'intermédiaire de l'amplificateur diffé- rentiel IC 801 (avec l'étage de sortie T 900 branché à la suite en émetteur-suiveur, de manière que le signal URW 2 redressé positivement et le signal URW 2 redressé négativement soient, en MP 34 filtrés et amplifiés positivement L'amplification peut être règlée par les résistances d'étalonnage R 936//R 940 Il est important pour l'amplificateur différentiel que les résistances d'entrée soient symétriques. R 931 Y R 932//(R 935 + R 936//R 940) = R 933//R 934 et R 932 = R 933. Les résistances R 927, R 928 et R 929/'R 930 forment un diviseur de tension à faible valeur ohmique (donc négligeable dans l'estimation symétrique), ce qui fait que la fraction de tension continue de la tension de sortie en MP 34 est réglable. Etant donné que les résistances R 932 = R 933 sont bien plus grandes que les résistances de passage du commutateur CMOS, leur dispersion et leurs dérivés peuvent être négligées. Par le branchement symétrique des résis- tances des deux entrées du composant IC 901, les dérivés de courant d'entrée sont réduites le plus possible. Les composants C 913 et C 912 sont choisis de manière que le filtrage du signal d'entrée positif et du signal d'entrée négatif soit symétrique Tel est le cas si un signal de tension alternative symétrique ayant une fréquence double de celle de l'oscillateur à tension triangulaire est superposé à la tension de sortie en MP 34. En résumé, on constate qu'il apparait en 1 P 34 un signal de tension continue proportionnel au rapport des inductances L/Lo. Circuit 70 de détection d'amplitude minimale (Figure 1 et Figure 4) Cette partie du montage a pour tâche de comparer l'amplitude de tension alternative du signal triangulaire URW 2 adaptée à l'entrée du composant IC 900 avec le seuil de déclenchement de ce composant IC 900 (broche 9) En fonctionnement normal, le signal triangu- laire adapté dépasse le seuil de comparaison pendant la demi-onde positive Le transistor de sortie du composant IC 900 (avec étage de collecteur ouvert) est alors commandé dans l'état conducteur et le composant C 910 est rapidement déchargé par l'intermédiaire de la résistance R 922. Si le seuil de comparaison est ensuite franchi inférieu- rement par le signal triangulaire, le composant C 910 est chargé de façon relativement lente par l'intermédiaire de la résistance R 923 Le résultat est un niveau "bas" en m P 29. En cas de défaut, l'amplitude triangulaire reste toujours au-dessous du seuil de comparaison I 1 en résulte qu'un niveau "haut" règne en MP 29. Lrorgane RC R 1 C 1 a pour tâche d'éliminer les parasites par filtrage en cas de franchissement inférieur de l'amplitude minimale pour que le défaut puisse être reconnu de façon sure. Les défauts suivants sont détectés par cette partie du montage: a) Courtcircuit des conducteurs R Wo, RW 1 et RW 2 du capteur avec la ligne 'ositive ou la ligne négative de la batterie; b) Court-circuit entre les conducteurs RW 2 et RW 71. Circuit 80 de détection de l'écart de réglage (Figure 1, Figure 4) - Par l'intermédiaire de la résistance R 947 le signal régnant à l' entrée négative du composant IC 903 est com Dare à une tension de référence (MP 41) un peu inférieure à celle du point de fonctionnement en tension continue du composant IC 903. En fonctionnement normal, la sortie du composant IC 905 (broches 8 9, 14) (étage de sortie à collecteur ouvert) est à un niveau "haut" Le point MP 40 est à la tension stabilisée Ustab Au moyen d'un autre comparateur IC 905 (broches 10, 11, 13), un signal "bas" est formé à partir de ce signal. A l'entrée négative du composant IC 903, on détecte en tant que défauts des signaux qui sont, constamment ou périodiquement, inférieurs à la tension de référence en MP 41 Un parasite qui ne se présente qu'une fois avec une courte durée est éliminé par filtrage par'l'organe RC R 945, C 915. En cas d'écart de réglage périodiquement négatif sur IC 903 (broche 3), le condensateur C 915 est déchargé par le transistor de sortie du composant IC 905 ( 8, 9, 14) Le seuil de comparaison sur la broche il du composant IC 905 est alors franchi inférieurement et la tension régnant en PS 39 passe à un niveau "haut". Les défauts suivants sont détectés par cette partie du montage: a) Courtcircuit entre les conducteurs R Wo et RW 1, Court-circuit entre les conducteurs R Wo et RW 2; b) Coupure de R Wo, RW 1 ou RW 2. Circuit de branchement de sécurité (Flèches de la figure 1 allant vers le redresseur 60 à sélection de phase) Les signaux de défaut régnant en MP 39 et MP 29 sont couplés sur la base du composant T 900 par l'intermédiaire des diodes D 909, D 906 indiquées sur la figure 4 Par conséquent, si l'un des deux signaux ou les deux signaux sont à un niveau haut", le composant e 33310 T 900 transmet la tension U Stab au point MP 34 Si les deux signaux de défaut sont à un niveau "bas", ces signaux sont séparés de la base du composant T 900 par les diodes D 909, D 906. Lorsque ce montage d'exploitation L/Lo est le système de mesure d'un circuit de réglage et de manoeuvre tel que par exemple, le circuit de réglage pour le positionnement de la tige de règlage d'une pompe d'injection électronique, cette tige de réglage est règlée sur la Position d'arrêt dans les cas de défaut mentionnés ci-dessus. Le montage d'exploitation conforme à l'invention procure les avantages suivants: a) L'oscillateur à tension triangulaire 10 est stable vis-à-vis de la température dans un domaine de températures étendu, malgré l'utilisation de composants économiques Ainsi, la dérive du temps de commutation du comparateur est compensée dans une large mesure par l'utilisation intentionnelle de la dérive de la tension de saturation du transistor de sortie du comparateur et par l'utilisation intentionnelle de résistances à couche de carbone et à film métallique. b) Par un branchement amortisseur amproprié de l'amplificateur L/Lo, il est possible de filtrer le con- ducteur RW 1 du capteur avec un filtre comportant un condensateur, sans que le système d'exploitation oscille. Les composants R 948 et C 907 sont déterminants pour l'amortissement. c) Pour le redresseur 60 à sélection de phase, on utilise un amplificateur opérationnel unique pour le redressement de l'amplitude positive et de l'am- plitude négative du signal triangulaire Par conséquent, l'amplificateur opérationnel IC 801 est utilisé deux fois Le branchement des résistances de cet amplificateur opérationnel est exactement symétrique Ces deux disposi- tions donnent une faible dérive de température pour la tension d'exploitation UX L/Lo. d) Par l'utilisation d'un commutateur CMOS, on réalise le redressement à sélection de phase avec des composants économiques et une faible dérive de tempé- rature. e) La réalisation décrite de l'étage de sortie du redresseur 60 permet de brancher autant de signaux que l'on veut (voir Fig 1). Sur la figure 3, les signaux logiques du cir- cuit 70 de détection de l'amnlitude minimale et du circuit de détection de l'écart de réglage sont branchés sur l'étage de sortie du redresseur. f) Le circuit com Darateur 70 de détection de l'amplitude minimale est réglable de façon très précise et fournit un signal de sortie défini. g) Les signaux parasites statiques et pério- diques régnant à l'entrée de réglage de l'amplificateur L/Lo 50 (IC 903, broche 3) sont détectés par le circuit 80 de détection de l'écart de réglage, les signaux parasites de courte durée qui n'apparaissent qu'une seule fois étant éliminés. h) Le concept de sécurité utilisé évite un blocage automatique (voir Figure 1) Le montage est donc prêt à fonctionner à nouveau lorsque les défauts n'existent plus. i) Tous les défauts conduisent, dans le circuit de réglage fermé, à la coupure d'un organe de manoeuvre et, par suite, à un état de sécurité (position d'arrêt). k) Les défauts suivants sont détectés: 1) Court-circuit des conducteurs R Wo, Rv 1 et RW 2 du capteur vis-à-vis de la ligne positive ou de la ligne négative de la batterie; 2) Court-circuit des conducteurs du capteur entre eux; 3) Rupture des conducteurs individuels du capteur. 1) Les broches de connexion Rlo, RW 1 et RW 2 du capteur sont à l'épreuve des courts-circuits vis-à-vis du pôle positif et du pôle négatif de la batterie. m) L'ensemble du montage est stable vis-à-vis de la température et est constitué avec des composants économiques. 11- R E V E N D I C A'T I O N S 1 ) Montage d'exploitation pour capteur de course inductif comportant deux bobines montées sur un noyau en fer commun, l'une d'elles ayant une inductance de comparaison fixe Lo et l'autre ayant une inductance L qui varie à l'aide d'un anneau en court-circuit qui entoure l'une des branches du noyau en fer et qui est déplaçable en fonction de la course à mesurer, un oscillateur ( 10) fournissant une tension triangulaire par laquelle sont alimentées les deux bobines branchées en série, caractérisé en ce qu'un redresseur à sélection de phase ( 60) est raccordé à un amplificateur L/Lo ( 50), ce redresseur étant commandé par une horloge ( 30) fonctionnant à la cadence de l'oscillateur à tension trian- gulaire ( 10). 2 ) Montage selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'oscillateur à tension triangu- laire comporte deux circuits de commutation intégrés (IC 900, IC 801), deux résistances (R 913, R 909) étant branchées entre la sortie (broche 1) du second circuit de commutation (IC 801) et l'entrée positive (broche 13) du premier circuit de commutation (IC 900) ces résistances étant compensées dans leur comportement de dérive, par ranport à une résistance (R 904) branchée entre la sortie du premier circuit de commutation (IC 900) et son entrée positive, par le choix de résistances à film métallique et à couche de carbone. 3 ) Montage selon l'une ou l'autre des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les points de fonctionnement en tension continue de l'oscillateur à-tension triangulaire ( 10) et de l'amplificateur L/Lo ( 50) sont déterminés à partir du même diviseur de tension (R 900, R 901, R 902).