Brevet FR2562264A1 — publié le 19851004

La présente invention est relative à un procédé de mesure de la distance comprise entre deux objets quelcon- ques, en particulier pour la mesure de niveaux de remplissa- ge, des vitesses du son dans des milieux solides, liquides ou gazeux et de l'humidité de l'air d'après la vitesse du son, la température et la pression, comportant l'utilisation de signaux d'ultra-sons envoyés par un émetteur à des fréquences d'émission déterminées (signaux d'émission) qui sont captés par un récepteur, le temps que ces signaux mettent à aller de l'émetteur au récepteur étant mesuré et utilisé pour le calcul de la distance correspondante. Pour les mesures de distance par le procédé par écho d'impulsion, on connaît un transformateur d'ultra-sons dans l'air ayant un grand rendement. et permettant un grand nombre d'applications industrielles (Valvo, Technische Infor- mationen fur die Industrie, 771109), parmi lesquelles on peut citer: a la mesure du niveau de remplissage des silos ou des réservoirs à liquide. b - la mesure de la distance séparant des cabines non accouplées, dans un dispositif de transport par cabines, pour assurer le maintien ou le réglage des distances de sécurité. c - la mesure des distances au cours des manoeu- vres de camions ou de matériels de chemin de fer. d - la sécurité d'appareils ou de machines au moyen de barrières à ultra-sons ou de dispositifs à écho- sonde. On utilise en général un système comportant deux transformateurs, un émetteur et un récepteur. Le signal envoyé par l'émetteur, dont le générateur de fréquence à résistance d'ajustage est réglé à 21,5 kHz,est reçu directement par le récepteur ou apres réflexion sur un objet quelconque. Connaissant le temps mis par le signal à couvrir son trajet il est facile d'en déduire la distance séparant l'émetteur et le récepteur ou l'émetteur et l'objet et le récepteur, l'émetteur et le récepteur étant en principe, dans le cas de la réflexion, placés directement l'un à côté de l'autre. Sinon, il faudrait tenir compte des distances comprises entre les émetteurs et les récepteurs. Ce système connu présente des inconvénients dans le cas d'un traitement de signaux effectué en fonction de l'am- plitude. Du fait que l'amplitude diminue comme le carré de la distance, les dispositifs de déclenchement néces- saires dont le fonctionnement dépend de l'amplitude donnent des erreurs de mesure assez considérables. Le but de l'invention est donc la mise au point d'un procédé du type initialement défini qui per- mette une augmentation notable de la précision des mesu- res fournissant à 0,1 mm près la distance entre deux objets quelconques. Ce but est atteint, suivant l'invention, du fait que, pour produire un signal d'émission sériel codé présentant des fréquences différentes pour la pério- de d'émission et la période de pause, deux signaux de fréquence analogiques sont appliqués à des moments dif- férents à l'entrée de l'émetteur d'ultra-sons, en ce que ces signaux de fréquence analogiques sont commutés à des moments exactement définis, en ce que l'un des signaux de fréquence analogiques qui comporte des informations codés reconnaissables par le récepteur d'ultra-sons et susceptibles d'être traitées est envoyé à l'émetteur d'ultra-sons et en ce que l'autre signal de fréquence analogique maintient l'émetteur et le récepteur d'ultra- sons dans un état transitoire pendant la durée de la pause. L'un des avantages de l'invention réside dans le fait que le codage et le décodage du signal d'émission réduisent beaucoup les risques d'incidents. Du fait que les systèmes mécaniques, c'est-à-dire l'émetteur d'ultra- sons et le récepteur d'ultra-sons, se trouvent dans un état transitoire, les réactions de ces systèmes dans l'état transitoire et lors de l'extinction des oscilla- tions sont atténuées, de sorte que ce comportement pré- sente l'avantage de donner des erreurs de mesure assez faibles pour pouvoir être négligées. Diverses autres caractéristiques de l'inven- tion ressortent d'ailleurs de la description détaillée qui suit. Des formes de réalisation de l'objet de l'invention sont représentées, à titre d'exemples non limitatifs, aux dessins annexés. La fig. 1 représente un dispositif émetteur suivant l'invention. La fig. 2 représente un dispositif récepteur suivant l'invention. Les fig. 3a et 3b sont deux représentations graphiques d'un signal d'émission ou d'une combinaison de bits de signal d'émission. Les fig. 4a, 4b et 4c sont trois représenta- tions graphiques de signaux de récepteur. Le dispositif émetteur 1 représenté par la fig. 1 comporte un dispositif qui assure l'émission d'un signal de fréquence mère de 30 MHz et auquel sont rattachés, en aval,deux dispositifs partiels à deux étages 3a et 3b ou 4a et 4b. Le dispositif partiel 3a,3b dont la sortie, comme celle du dispositif partiel 4a,4b a une largeur de huit bits, produit un signal de fréquen- ce de 29,296875 kHz. Ce signal de fréquence, qui se situe à l'une des trois entrées d'un inverseur 5, sert, sous la forme d'une oscillation sinusoidale, à maintenir l'émetteur d'ultra-sons 9, pendant les pauses d'émission, dans un état transitoire. Le deuxième dispositif partiel 4a, 4b fournit, à partir du signal de fréquence mère un signal de fréquence de 39,0625 kHz qui, sous la forme d'une sinusoide, représente la fréquence d'émission du signal d'émission et est envoyé aussi bien à la deuxième entrée de l'inverseur 5 qu'à une entrée d'un dispositif 6 pour la production d'une combinaison de bits sérielle. Le dispositif 6 émet un signal de démarrage destiné à un compteur de retard de temps comportant un coupleur optique intégré 17 (voir fig. 2) et une combinaison de bits séri- elle qui, dans l'exemple envisage, est constituée par un bit de démarrage (ST-B) et par un mot à quatre bits, cette combinaison de bits sérielle étant appliquée à la troisième entrée de l'inverseur 5. Pour le réglage de la combinaison de bits donnée, le dispositif 6 comporte quatre entrées de commande désignées par 6a à 6d. La sortie, large de huit bits, de l'inverseur 5 est reliée en aval à une mémoire 7 à programmes, à un convertisseur numérique analogique 8, à un amplificateur et, à un émetteur 9 d'ultra-sons, la sortie de la mémoire à programme 7 ayant également une largeur de huit bits. Pendant les pauses d'émission, le convertisseur 5 envoie le premier signal de fréquence à la mémoire à programme 7 sur une largeur de huit bits et pendant les périodes d'émission il envoie, dans les mêmes conditions, le deuxième signal de fréquence modulé, avec la combinai- son de bits sérielle, à la mémoire à programme qui est programmée, sous la forme d'une sinusoide, en 256 impul- sions. Par commande de battements, la mémoire 7, d'une largeur de huit bits, est commutée sur le convertisseur numérique-analogique 8 qui, pendant les pauses d'émission et les durées d'émission, envoie le signal sinusoïdal correspondant, par l'amplificateur 10, à l'entrée de l'émetteur d'ultra-sons 9. Le signal d'émission sériel codé envoyé par l'émetteur d'ultra-sons 9 au récepteur d'ultra-sons 12 du dispositif récepteur représenté par la fig. 2(voir f ig.3a) est produit - du fait qu'à l'entrée de l'émetteur d'ultra- sons 9, à des moments différents, deux signaux de fré- quence analogiques différents sont appliqués, de préfé- rence sous la forme d'oscillations sinusoidales. L'in- verseur 5 effectue la commutation dans des conditions telles que le signal de fréquence analogique, pour le maintien de l'état transitoire pendant les pauses d'émission, et le signal de fréquence analogique compor- tant l'information codée (combinaison de bits - voir fig. 3b) sont appliqués, pendant l'émission, à l'entrée de l'émetteur d'ultra-sons 9. Les signaux de fréquence analogiques sont alors produits, au moyen de la mémoire 7 à programme et du convertisseur numérique-analogique 8, à partir des deux signaux de fréquence mentionnés ci-dessus et de la combinaison de bits sérielle. La commutation s'effectue de préférence en utilisant, pen- dant un passage au zéro, les flancs des signaux de fréquence de 29,296875 kHz et 39,0625 kHz produits à partir du signal de fréquence mère de 30 MHz. Le récepteur d'ultra-sons 12 du dispositif récepteur 11 représenté à la fig. 2 est suivi d'un ampli- ficateur 19, d'un détecteur 13 de passage au zéro, d'un dispositif 14 pour la comparaison à zéro et d'un dispo- sitif 15 permettant le décodage des signaux. Les sorties du dispositif 15 sont reliées, de manière à assurer le passage du courant électrique, aux entrées de contrôle d'une unité de comparaison par les entrées de consigne 16a à 16d de laquelle arrive la combinaison de bits de la valeur de consigne. Les entrées de consigne 16a à 16d permettent le réglage de la combinaison de bits. Le signal d'émission sériel codé de l'émet- teur d'ultra-sons 9, qui est regu par le récepteur d'ultra-sons 12 est, après son amplification dans l'am- plificateur 19, résolu par le détecteur 13 de passage au zéro dans ses passages au point zéro (voir fig. 4a). Par comparaison avec les fréquences de consigne, le disposi- tif 14 assurant la comparaison des passages au zéro émet un signal correspondant au signal d'émission sériel codé (voir fig. 4b). Après son décodage dans le dispositif , le signal décodé (voir fig. 4c) est envoyé à l'uni- té de comparaison 16 qui, ensuite, lorsque les valeurs de consignes et les valeurs réelles de contrôle coinci- dent, envoie un signal d'arrêt à l'entrée d'arrêt d'un compteur à ligne de retard comportant un coupleur optique intégré 17. Les sorties du compteur à ligne de retard 17 sont reliées à un calculateur assurant l'ex- ploitation des impulsions comptées qui donnent une mesu- re de la distance entre l'émetteur d'ultra-sons 9 et le récepteur d'ultrasons 12. Ce calculateur peut effectuer également les opérations de calcul qui sont nécessaires dans les cas d'application énumérés dans la partie introductive de la description. REVENDICATIONS 1. Procédé de mesure de la.distance comprise entre deux objets quelconques, en particulier pour la mesure de niveaux de remplissage, de vitesse du son dans des milieux solides, liquides ou gazeux et de l'humidité de l'air d'après la vitesse du son, la température et la pression, comportant l'utilisation de signaux d'ultra-sons envoyés par un émetteur à des fréquences d'émission déterminées (signaux d'émission) qui sont captés par un récepteur, le temps mis par ces si- gnaux pour aller de l'émetteur au récepteur étant mesuré et utilisé pour le calcul de la distance correspondante, carac- térisé en ce que, pour produire un signal d'émission sériel codé présentant des fréquences différentes pour la période d'émission et la période de pause, deux signaux de fréquence analogique sont appliques à des moments différents à l'entrée de l'émetteur d'ultra-sons (9),en ce que ces signaux de fréquence analogiques sont inversés à des moments exacte- ment définis, en ce que l'un des signaux de fréquence ana- logiques qui comporte des informations codées décelables par le récepteur d'ultra-sons (12) et susceptibles d'être traitées est envoyé à l'émetteur d'ultra-sons (9) et en ce que l'autre signal de fréquence analogique maintient l'émetteur d'ultra-sons (9) et le récepteur d'ultra-sons (12), pendant la durée de la pause d'émission, dans un état transitoire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le signal de fréquence analogique qui comporte des informations codées est produit par modulation d'un signal de fréquence (39,0625 kHz) et d'une combinaison de bits sérielle, qui sont produits à partir d'un signal de fréquence mère (30 MHz) (2) et également au moyen d'une mémoire à programme (7) et d'un convertisseur numérique- analogique (8). 3. Procédé selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le signal de fréquence analogique (29,296875 kHz) pour l'état transitoire de l'émetteur d'ultra-sons (9) et le récepteur d'utltra-sons (12) est produit à partir du signal de fréquence mère (30 MHz) et au moyen de mémoires à programme (7) et de convertisseurs numériques-analogiques (8). 4. Procédé selon l'une des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que l'on utilise comme signaux de fréquen- ce des oscillations sinusoidales. 5. Procédé selon l'une des revendications 2,3 ou 4, caractérisé en ce que, pour produire les signaux de fréquence analogique à partir du signal de fréquence mère (30 MHz) par séparation on obtient deux signaux de fréquen- ce ayant des fréquences différentes (29,296875 kHz et 39,0625 kHz). 6. Procédé selon l'une des revendications 1, 2, 3 ou, caractérisé en ce que, pour l'inversion des signaux de fréquence analogiques, on utilise, pendant un passage au zéro, les flancs des signaux de fréquence (29,296875 kHz et 39,0625-kHz) produits à partir du signal de fréquence mère (30 MHz). 7. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que la combinaison de bits sérielle est composée d'un bit de démarrage et d'un mot à quatre bits. 8. Dispositif émetteur pour l'application du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le dispositif (2) destiné à produire un signal de fréquence mère est suivi de deux dispositifs partiels (3a et 3b ou 4a et 4b) qui sont destinés à produire deux signaux de fréquence ayant des fréquences différentes (29,296875 kHz ou 39,0625 kHz) et dont les sorties sont électriquement reliées chacune à une entrée d'un inverseur (5), en ce que la sortie du deuxième dispositif partiel (4a et 4b) est reliée à l'entrée d'un dispositif à deux sorties (6) pour la production d'une combinaison de bits sérielle dont la première sortie est en liaison électrique avec une troisiè- me entrée de l'inverseur (5) et dont la deuxième sortie est en liaison électrique avec l'entrée de démarrage d'un compneur à retard de temps comportant un coupleur optique (17) intégré du récepteur (.11) et en ce que l'inverseur (5) est suivi d'une mémoire à programme (7), d'un convertisseur numérique-analogique (8) et d'un émetteur d'ultra-sons 9. 9. Dispositif émetteur selon la revendication 8, caractérisé par un amplificateur (10) intercalé entre le convertisseur numérique-analogique(8) et l'émetteur d'ultra- sons (9). 10. Dispositif émetteur selon l'une des revendi- cations 8 ou 9, caractérisé en ce que les sorties des dispo- sitifs partiels (3a, 3b ou 4a, 4b), de l'inverseur (5) et de la mémoire à programme (7) ont une largeur de huit bits. 11. Dispositif émetteur selon la revendication 8, caractérisé en ce que le dispositif (6) pour la production d'une combinaison de bits sérielle comprend des entrées de commande (6a à 6d) pour le réglage d'une combinaison de bits donnée. 12. Dispositif récepteur pour l'application du procédé selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'un récepteur d'ultra-sons (12) est suivi d'un détecteur de passage au zéro (13), d'un dispositif de com- paraison de passage à zéro (14) et d'un dispositif (15) de décodage des signaux, en ce que les sorties du dispositif (15) de décodage des signaux sont reliées électriquement aux entrées réelles d'une unité (16) de comparaison, dont les entrées de consigne (16a à 16d) reçoivent la combinai- son de bits de la valeur de consigne, et en ce que la sortie de l'unité de comparaison (16) envoie un signal d'arrêt à l'entrée d'arrêt d'un compteur de retard de temps comportant un coupleur optique (17) intégré. 13. Dispositif récepteur selon la revendication 12, caractérisé en ce que les sorties du compteur de retard de temps comportant un coupleur optique intégré (17) sont reliées à un calculateur (18) pour le traitement des impulsions comptées qui fournissent une mesure de la dis- tance entre l'émetteur d'ultra-sons (9) et le récepteur d'ultra-sons (12). 14. Dispositif récepteur selon la revendication 12, caractérisé par un amplificateur (19) intercalé entre le récepteur d'ultra-sons (12) et le détecteur de passage à zéro (13).