Brevet FR2575311A1 — publié le 19860627

PROCEDE ET DISPOSITIF DE LISSAGE DES FLUCTUATIONS D'AFFICHAGE D'AFFICHEURS NUMERIQUES, EN PARTICULIER POUR GRANDEURS ALEATOIRES. La présente invention se rapporte à un procédé et dispositif de lissage des fluctuations d'affichage d'afficheurs numériques, en particulier pour grandeurs aléatoires. Les détecteurs utilisés pour la mesure de grandeurs à évolution aléatoire, en particulier des rayonnements, fournissent très souvent des impulsions électriques dont la fréquence moyenne est repré- sentative du débit de dose. De par la nature même du phénomène, le nombre d'impulsions reçues dans un temps déterminé est aléatoire. Sa répartition suit la loi binômiale bien connue, et peut être considérée comme gaussienne pour des nombres suffisamment grands. Lorsque les impulsions sont traitées par un circuit analogique qui transforme leur fréquence en courant, I'indication donnée par le galvanomètre d'affichage d'un tel circuit fluctue plus ou moins selon le temps de réponse du circuit. L'oeil humain intègre bien ces fluctuations si elles ne sont pas trop grandes, et peut estimer la valeur moyenne de la Position de l'aiguille du galvanomètre. Les récents développements technologiques ont conduit à réaliser des systèmes numériques d'affichage des résultats des mesures. Dans ce cas, les fluctuations statistiques provoquent des changements de la valeur affichée dont il est très difficile d'estimer la valeur moyenne. Pour réduire le nombre de changements d'affichage de ces systèmes numériques, on peut bloquer l'affichage sur une valeur tant que la valeur mesurée ne diffère pas de la valeur affichée de plus de t fois l'écart type d'une mesure (t étant déterminé par le test de Student, en fonction de la probabilité désirée). L'inconvénient d'un tel système est que la précision devient très mauvaise par les faibles taux de comptage si on ne veut pas accroître trop le temps de réponse de l'appareil, ni réduire trop la probabilité de changement d'affichage. La présente invention a pour objet un procédé, ainsi qu'un dispositif, permettant, à la fois, d'afficher le résultat d'une mesure après un temps de réponse court si celle-ci diffère significativement de l'affichage, d'afficher le résultat d'une mesure avec une précision accrue après un temps plus long, nécessaire à l'amélioration de la précision, lorsque la grandeur mesurée ne varie pas, d'afficher le résultat de la meilleure estimation connue lorsqu'une variation lente a été détectée, et de bloquer l'affichage le reste du temps. Selon le procédé de la présente invention, à chaque mesure, on cumule algébriquement les écarts entre les valeurs mesurées et affichées, et on détermine la meilleure estimation connue, ensuite on compare la dernière mesure ou estimation prise en compte à la mesure instantanée, et si la différence est supérieure en valeur absolue à une limite L1, la nouvelle mesure est affichée et considérée comme la meilleure estimation connue, sinon l'écart cumulé algébriquement depuis le dernier changement d'affichage est comparé à une deuxième limite L2, et s'il lui est supérieur en valeur absolue la meilleure estimation connue est affichée, et si les deux tests sont négatifs, l'affichage est maintenu.Les limites L1 et L2 sont respectivement égales à K1 a et K2 a , a étant ltécart type d'une mesure, et K1 et K2 étant déterminés suivant le critère de Student. Un dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention comporte, à l'entrée, un compteur totalisant, à chaque période de mesure un nombre d'impulsions correspondant à la grandeur à mesurer, la sortie de ce compteur étant reliée à un dispositif d'affichage par un premier registre, et étant reliée à l'entrée de comptage d'un deuxième compteur-accumulateur par un second registre, la sortie de ce second compteur étant reliée, d'une part, audit dispositif d'affichage par un troisième registre, et d'autre part, à une première entrée d'un premier comparateur dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du premier compteur, la sortie de ce premier comparateur étant reliée par un diviseur, suivi d'un qua trième registre, à l'entrée du deuxième compteur, le dispositif d'affichage étant relié à une première entrée d'un deuxième comparateur dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du premier compteur, la sortie de ce deuxième comparateur étant reliée à une première entrée d'un troisième comparateur dont la deuxième entrée est reliée à la sortie d'un dispositif transcodeur comportant avantageusement une mémoire morte, dont une entrée est reliée au dispositif d'affichage par un cinquième registre, une autre entrée de ce dispositif transcodeur étant reliée à un premier dispositif sélecteur de coefficients, la sortie du deuxième comparateur étant également reliée à un dispositif accumulateur dont la sortie est reliée à une première entrée d'un quatrième comparateur dont la deuxième entrée est reliée à la sortie d'un deuxième dispositif transcodeur similaire au premier, dont une entrée est reliée au dispositif d'affichage par un sixième registre et dont une autre entrée est reliée à un deuxième dispositif sélecteur de coefficients, la sortie du troisième comparateur étant reliée à l'entrée de signaux d'horloge du premier et du deuxième registres, ainsi qu'à une première entrée d'une première porte OU dont la sortie est reliée à l'entrée de signaux d'horloge du cinquième registre, la sortie du troisième comparateur- étant également reliée à une première entrée d'une deuxième porte OU dont la sortie est reliée à l'entrée de signaux horloge du sixième registre, et cette sortie du troisième comparateur est également reliée par un inverseur logique à une première entrée d'une porte ET, dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du quatrième comparateur, la sortie de cette porte ET étant reliée à l'entrée de signaux d'horloge du troisième registre ainsi qu'à la deuxième entrée des deux portes OU précitées, et à l'entrée de remise à zéro du dispositif accumulateur. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée d'un mode de réalisation pris comme exemple non limitatif et illustré par le dessin annexé, sur lequel: - la figure 1 est un bloc-diagramme d'un dispositif de lissage de fluctuations conforme à l'invention, et - les figures 2 et 3 sont des chronogrammes d'évolution d'affichage du dispositif de l'invention en réponse à des variations brusques, et à des variations lentes, respectivement, des phé nomènes mesurés par ce dispositif. On a représenté sur la figure 1 un exemple de dispositif permettant de mettre en oeuvre le procédé de l'invention, étant bien entendu que ce procédé peut être mis en oeuvre à l'aide de dispositifs ayant une architecture différente, et comportant, par exemple, essentiellement un microprocesseur réalisant tout ou partie des fonctions assurées par les différents circuits représentés sur la figure i. Le dispositif de lissage représenté sur la figure 1 comporte un dispositif de mesure 1, qui est dans le cas présent un détecteur de rayonnements, mais qui pourrait être n'importe quel dispositif de mesure fournissant une information sous forme de suite d'impulsions dont le nombre par unité de temps représente la grandeur mesurée. La sortie du dispositif I est reliée à l'entrée de comptage d'un premier compteur 2, dont l'entrée de remise à zéro est reliée à une borne 2A recevant d'un circuit approprié (non représenté) des impulsions H de remise à zéro à chaque période de comptage. La sortie du compteur 2 est reliée par un premier registre 3 à l'entrée d'un dispositif d'affichage 4, et cette sortie est également reliée par un second registre 5 à l'entrée de positionnement d'un second compteur 6 qui est du type à accumulation. Le dispositif 4 peut comporter, si nécessaire, un urcuit de conversion convertissant le nombre d'impulsions en un valeur facile à exploiter, par exemple un débit de dose exprimé en m rad / h. La sortie du compteur 6 est reliée par un troisième registre 7 à l'entrée du dispositif d'affichage 4. La sortie du compteur 6 est également reliée à une première entrée d'un comparateur 8 dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du compteur 2. La sortie du comparateur 8 est reliée par un diviseur 9, suivi d'un quatrième registre 10, à l'entrée du compteur 6. L'entrée d'horloge du registre 10 est reliée à la sortie d'une porte ET 10A dont les deux entrées sont référencées lOB et 10C. La sortie du compteur 2 est également reliée à une première entrée d'un deuxième comparateur 11 dont la deuxième entrée est reliée au dispositif d'affichage 4. La sortie du comparateur 1 1 est reliée à une première entrée d'un troisième comparateur 12 dont la deuxième entrée est reliée à la sortie d'une mémoire 13 de transcodage dont une partie des entrées d'adressage est reliée par un cinquième registre 14 au dispositif d'affichage 4. Au moins une autre entrée d'adressage de la mémoire 13 est reliée à une borne 13A recevant un coefficient K1 d'un sélecteur de coefficients (non représenté) manuel ou commandé électriquement ou électroniquement. L'entrée de signaux d'horloge du registre 14 est reliée à la sortie d'une porte OU référencée 15. La sortie du comparateur 11 est également reliée à l'entrée d'un accumulateur 16 dont la sortie est reliée à une première entrée d'un quatrième comparateur 17. La deuxieme entrée du comparateur 17 est reliée à la sortie d'une mémoire 18 de transcodage dont une partie des entrées d'adressage est reliée par un sixième registre 19 au dispositif d'affichage 4. Au moins une entrée d'adressage de la mémoire 18 est reliée à une borne 18A recevant un coefficient K2 d'un sélecteur de coefficients (non représenté), similaire à celui relié à la borne 13A, et qui peut faire partie de ce dernier. La sortie du comparateur 17 est reliée à une entrée d'une porte ET 20 dont l'autre entrée est reliée à la sortie du comparateur 12 par un inverseur logique 21. L'entrée de signaux d'horloge du registre 19 est reliée à la sortie d'une porte OU 22. A la sortie du comparateur 12, on recueille un signal CKl, et à la sortie de la porte 20, on recueille un signal CK2. Le signal CKI est envoyé à l'entrée de signaux d'horloge des registres 3 et 5 ainsi qu'à une entrée des portes 15 et 22. Le signal CK2 est envoyé à l'entrée de signaux d'horloge du registre 7, ainsi qu'à une entrée des portes 15 et 22, et à entrée RAZ de remise à zéro de l'accumulateur 16.Les entrées 2A , 6A et l0C reçoivent, d'un dispositif générateur de signaux d'horloge (non représenté), à chaque période de comptage, un front actif de signal horloge H. L'entrée lOB de la porte I 0A reçoit un signal CKî (prélevé à la sortie 21). Le dispositif décrit ci-dessus fonctionne de la façon suivante: au début d'un processus de mesure, on l'initialise, c'est-à-dire que l'on met à zéro tous ses éléments (compteurs, registres, accumulateur). A chaque période de mesure des rayonnements captés par le détecteur 1, que ce dernier convertit en un nombre correspondant d'impulsions, le compteur 2, qui est remis à zéro au début de chaque période de mesure, compte le nombre d'impulsions incidentes pendant la période de mesure en question. Soient N (t) le nombre d'impulsions comptées par le compteur 2 pour une période de mesure (t), et N (t- 1) le nombre d'impulsions que ce compteur aura comptées pendant la période de mesure précédente (t - 1). On suppose qu'à la fin de la période (t - 1) le dispositif d'affichage 4 affiche une valeur N (a).Soit E (t) Pe-cart entre les comptages correspondant à la mesure pour la période (t) et à l'affichage résultant de la période de mesure précédente, soit : E (t) = N (t) - N (a). Cette valeur E (t) est disponible à la sortie du comparateur 11 à la fin de la période (t). D'autre part, on suppose que l'accumulateur 16 n'a pas été remis à zéro précédemment (au moins pas à la fin de t - 1). Cet accumulateur contient à la fin de la période (t - 1) une valeur S (t 1) qui est l'écart cumulé algébriquement depuis sa dernière remise à zéro (ou depuis son initialisation). Par conséquent, à la fin de (t), I'accumulateur 16 contient S (t) = S (t - 1) + E (t). Le compteur 6 chargé à chaque période de mesure, soit depuis le diviseur 9 (si le signal CKl n'apparaît pas), soit depuis le compteur 2 (si CK 1 apparaît), une valeur de moyenne glissante en cours sur n mesures (le nombre n étant déterminé par l'utilisateur dans le diviseur 9 en fonction de la fréquence d'apparition du phénomène à mesurer) et on appelle M (t - 1) cette valeur obtenue à la fin de la période (t - 1), et M (t) celle correspondant à la période (t). On a alors La valeur N (t) - M (t- 1) est disponible à la sortie du comparateur 8, et elle est divisée par n dans le diviseur 9. On fixe une valeur li qui est la limite d'écart pour une mesure, et une valeur L2 qui est la limite des écarts cumulés. Ces limites sont respectivement égales à KI a et K2 a, a étant l'écart type d'une mesure. Le coefficient K1 est fonction de la probabilité admise pour un changement d'affichage, et déterminé, de façon connue en soi, par le test de STUDENT. Ainsi, par exemple, pour K1 = 3, cette probabilité est de 0,26% environ. La sensibilité aux variations lentes augmente lorsque K2 diminue, et le nombre maximal de mesures sans changement d'affichage en régime stable diminue lorsque K2 dirninue. Dans le cas le plus général, I'invention prévoit de choisir K2 du même ordre de grandeur que K1, et avantageusement on choisit K2 = K1. Les coefficients K1 et K2 (en valeurs binaires) sont respectivement envoyés sur les bornes 13A et 18A. Les mémoires 13 et 18 sont programmées, de façon connue en soi, pour fournir sur leurs sorties les valeurs respectivement. A la sortie du comparateur 11 apparaît E (t) pour la période (t), et cette valeur est comparée dans-le comparateur 12 à L1. Si la valeur absolue de E(t) est supérieure à L1, le comparateur 12 produit à sa sortie une transition par exemple de "O" à "1", qui constitue le signal actif CKl. Ce signal CK1 active le registre 3, ce qui fait que l'affichage de 4 change pour afficher, au lieu de N (a), la valeur correspondant à N (t) qui provient du compteur 2. Le signal CK1 active également le registre 5, ce qui fait que le contenu du compteur 6 peut passer de M (t - 1) à N (t), c'est-à dire M (t) = N (t) lorsque la borne 6A est activée, dès le début de la période de mesure suivante. Par ailleurs, CK1 active les registres 14 et 19 ce qui fait qu'à la sortie des mémoires 13 et 18 apparaissent de nouvelles valeurs de L 1 et L2, respectivement égales à Dans le cas contraire, c'est-à-dlre si la valeur absolue de E (t) est égaie ou inférieure à la valeur absolue de L1, le signal à la sortie du comparateur 12 ne présente pas de transition, et reste par exemple à "O". Dans ce cas, une autre alternative est à considérer la valeur absolue de S (t) est supérieure ou non à L2.Si la valeur absolue de S (t) est égale ou inférieure à L2, aucune transition n'apparaît à la sortie du comparateur 17, et l'affichage n'est pas modifié. Si la valeur absolue de S (t) est supérieure à L2, une transition active de "O" à "1" apparaît à la sortie du comparateur 17, et passe par la porte 20 (un "O" étant présent à la sortie de 12, un "1" est donc présent à la - sortie de 21). On obtient donc à la sortie de la porte 20 une transition active CK2. Ce signal CK2 active le registre 7, et le compteur 6 envoie au dispositif 4 la valeur M (t - 1), qutil avait mémorisée après la période (t- 1), et la valeur N (a) est modifiée en conséquence. Le signal CK2 remet à zéro l'accu- mulateur 16, ce qui fait que S (t) = O. Enfin, ce signal CK2 fait parvenir aux mémoires 13 et 18 la nouvelle valeur de N (a). Il est bien entendu que le circuit décrit ci-dessus comporte, d'une façon évidente pour l'homme de l'art, les circuits de retard nécessaires au bon séquencement des diverses phases décrites cidessus. On a représenté sur la figure 2, un chronogramme montrant la réaction du dispositif de l'invention en réponse à des variations brusques de débit de dose. On voit que le temps de réponse à des changements importants de valeur de comptage est très court, et que tant que ces changements ne sont pas significatifs, I'affichage n'est pas modifié, ce qui facilite la lecture de la valeur affichée, sans pour autant nuire à la précision de la mesure. On remarquera que les valeurs de comptage sont exprimées en coups / seconde, alors que les valeurs de débit affichées sont converties, après étalonnage, en m rad / h. Sur la figure 3, on a représenté un chronogramme montrant la réaction du dispositif de l'invention en réponse à une évolution lente du phénomène à mesurer. On constate que l'évolution de l'affichage se fait en "marches d'escalier", les changements d'affichage se faisant à chaque nouvelle détermination de la meilleure estimation connue, en fonction des valeurs choisies pour K2 et n. Si on appelle T le temps compris entre deux acquisitions successives, le temps de réponse du dispositif de l'invention est compris entre T et n.T selon que l'écart E (t) est grand ou faible. Dans le cas de la figure 2, lors des forts et brusques changements, ce temps de réponse tend vers T, alors que dans le cas de la figure 3, il tend vers n.T. Dans tous les cas, le choix de K1 , K2 , n et T résulte d'un compromis que l'on établit entre une réponse rapide et une sensibilité pas trop importante (pour éviter le clignotement de l'affichage lors de variations rapides mais non significatives du nombre d'impulsions comptées par le compteur 2). REVENDICATIONS 1. Procédé de lissage de fluctuations d'affichage d'afficheurs numériques, en particulier pour grandeurs aléatoires, caractérisé par le fait qu'à chaque mesure on cumule algébriquement les écarts entre les valeurs mesurées et affichées, et on détermine la meilleure estimation connue, ensuite on compare la dernière mesure ou estimation prise en compte à la mesure instantanée, et si la différence est supérieure en valeur absolue à une limite LI, la nouvelle mesure est affichée et considérée comme la meilleure estimation connue, sinon l'écart cumulé algébriquement depuis le dernier changement d'affichage est comparé à une deuxième limite L2, et s'il lui est supérieur en valeur absolue, on affiche la meilleure estimation connue, et 5i les deux tests sont négatis, l'affichage est maintenu. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les limites L1 et L2 sont respectivement égales à K1 a et K2a, a étant l'écart type d'une mesure, et Ki et K2 étant déterminés suivant le critère de Student. 3. Dispositif de lissage de fluctuations d'affichage d'afficheurs numériques, en particulier pour grandeurs aléatoires, caractérisé par le fait qu'il comporte, à l'entrée un compteur (2) totalisant, à chaque période de mesure, un nombre d'impulsions correspondant à la grandeur à mesurer, la sortie de ce compteur étant reliée à un dispositif d'affichage (4) par un premier registre (3) et étant reliée à l'entrée de comptage d'un deuxième compteur (6) par un second registre (5), la sortie de ce second compteur étant reliée, d'une part, audit dispositif d'affichage par un troisième registre (7), et d'autre part à une première entrée d'un premier comparateur (8) dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du premier compteur (2), la sortie de ce premier comparateur étant reliée par un diviseur (9) suivi d'un quatrième registre (10) à l'entrée du deuxième compteur, le dispositif d'affichage étant relié à une première entrée d'un deuxième comparateur (11) dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du premier compteur, la sortie de ce deuxième comparateur étant reliée à une première entrée d'un troisième comparateur (12) dont la deuxième entrée est reliée à la sortie d'un dispositif transcodeur (13) comportant avantageusement une mémoire morte, dont une entrée est reliée au dispositif d'affichage par un cinquième registre (14), une autre entrée de ce dispositif transcodeur étant reliée à un premier dispositif sélecteur de coefficients (K I), la sortie du deuxième comparateur étant également reliée à un dispositif accumulateur (16) dont la sortie est reliée à une première entrée dun quatrième comparateur (17) dont la deuxième entrée est reliée à la sortie d'un deuxième dispositif transcodeur (18) similaire au premier, dont une entrée est reliée au dispositif d'affichage par un sixième registre (19) et dont une autre entrée est reliée à un deuxième dispositif sélecteur de coefficients (K2), la sortie du troisième comparateur étant reliée à l'entrée de signaux d'horloge du premier et du deuxième registres, ainsi qu'à une première entrée d'une première porte OU (15) dont la sortie est reliée à l'entrée de signaux d'horloge du cinquième registre, la sortie du troisième comparateur étant également reliée à une première entrée d'une deuxième porte OU (22) dont la sortie est reliée à l'entrée de signaux d'horloge du sixième registre, cette sortie du troisième comparateur étant également reliée pr un inverseur logique (21) à une première entrée d'une porte ET (20), dont la deuxième entrée est reliée à la sortie du quatrième comparateur, la sortie de cette porte ET étant reliée à l'entrée de signaux d'horloge du troisième registre ainsi qu'à la deuxième entrée des deux portes OU précitées, et à l'entrée de remise à zéro du dispositif accumulateur.