Brevet FR2671878A1 — publié le 19920724

DÈTECTEUR SYNCHRONE À PORTE ANALOGIQUE La présente invention concerne un détecteur synchrone à porte analogique et plus particulièrement un tel détecteur applicable à la mesure du signal de sortie d'un transformateur différentiel. Las transformateurs différentiels sont des transformateurs comprenant un enroulement primaire et deux enroulements secondaires, le oouplage entre le primaire et les secondaires etant réalise par un noyau magnétique mobile. les enroulements seccrdaires sont couplés en opposition de sorte que, quand le noyau magnétique est à une position symétrique par rapport aux deux enroulements secondaires le signal de sortie est nul. De tels systèmes sont par exemple utilisés à la détection de dépla ciments linéaires ou angulaires. Dans cette application, le transformateur présente une bonne linéarité au voisinage de la position d'équilibre.Pour effectuer la mesure, on cherche classiquement à transformer le signal alternatif de sortie du transformateur différentiel en un signal continu, l'application particulière envisagée exigeant que cette transformation de signal alternatif en signal continu se fasse en conservant la linéarité liée au fonstionnement du transformateur différentiel. De plus, on cherche à obtenir une grande dynamique pour conserver cette linéarité aussi bien pour de très faibles signaux oerees- pondant à de triés légers déplacements autour de la position d'équilibre que pour de plus forts signaux correspondant à des déplaoements plus importants. En outre, étant donne que l'on cherche à amplifier dans certains cas de très faibles signaux, le détecteur doit présenter une faible sensibilité aux parasites. Enfin, on cherche à réaliser un détecteur pouvant être réalisé à faible coût en utilisant des composants simplets et standardisés. Pour atieinrre ces s objectifs, la présente invention prévoit un détecteur synchDcne à à porte analogique de la sortie d'un transformateur différentiel dont le primaire est alimenté par un oscillateur et dont les secondaires sont connectes en série et en opposition, comprenant un amplificateur linéaire recevant la sortie du transformateur différentiel, une porte analogique recevant la sortie de l'amplificateur linéaire et comandée à l'état passant pendant des alternance de polarité donnée de l'oscillateur, et un circuit d'échantillonnage/blocage recevant la sortie de la porte analogique. Selon un mode de réalisation de la présente invention, la sortie de l'amplificateur linéaire est fournie à la porte analogique par l'intermédiaire d'un circuit d'élimination de composante continue. Selon un mode de réalisation de la présente invention, le signal de ccnnarde de la porte analogique est fourni par un amplificateur saturable recevant la sortie de l'oscillateur. Selon un mode de réalisation de la presente invention, il est prévu, entre la porte analogique et le circuit d'échantillonnage/blocage, un circuit de transfert de charge. Ce circuit de transfert de charge peut comprendre un intégrateur comprenant un premier condensateur disposé à la sortie de la porte analogique et une deuxième porte analogique disposée entre l'intégrateur et un étage de sortie comprenant un deuxième condensateur dans lequel est transférée la charge du premier condensateur pendant des alternances de polarité opposée à ladite polarité donnée. Un avantage de la présente invention est que l'ensemble des circuits actifs la constituant peut être réalisé à partir d'amplificateurs opérationnels classiques. Ces objets, caracteristiques et avantages ainsi que d'autres de la présente invention seront exposés plus en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite en relation avec les figures jointes parmi lesquelles la figure 1 rrprésente, partiellement sous forme de blocs, le schéma d'ensemble d'un mode de réalisation de la présente invention; la figure 2 représente un exemple d'oscillateur utilisé dans un circuit selon la présente invention ; la figure 3 représente un exemple d'échantillonneur/ bloqueur utilisé dans un circuit selon la présente invention la figure 4 représente un exemple d'amplificateur utilisé dans un circuit selon la présente invention ;; la figure 5 représente, partiellement sous forme de blocs, un deuxième mode de réalisation d'un détecteur synchrone selon la présente invention; et la figure 6 représente diverses oourbes de tension en fonction du temps destinees à expliquer le fonctionnement du circuit de la figure 5. La figure 1 représente, partiellement sous forme de blocs un circuit ooopraant un oscillateur 1, un transformateur différentiel 2 et des éléments de détection synchrone du signal de sortie du transformateur différentiel. le signal de sortie de l'oscillateur 1 est disponible sur des bornes de sortie T11 et T12. Ces bornes sont reliées à l'enroulement primaire 4 d'un transformateur différentiel à noyau magnétique mobile 7 comprenant deux enroulements secondais 5 et 6 oonnecdis en sérine et en opposition. le signal de sortie du transformateur différentiel est disponible sur des bornes T21 et T22, la borne T22 étant reliée à la borne T11. Ce transformateur est représenté de façon très schematique et pourra présenter diverses configurations géométriques connues propres à l'adapter à des mesures de dêplacerit linéaire ou à des mesures d'angle. Un condensateur 8 est usuellement connecté entre les bornes T11 et T12 pour fixer la fréquence d'oscillation. Les sorties T11 et T12 sont également couplées à un amplificateur différentiel saturable (amplificateur à gain très élevé) 10 qui fournit des signaux en créneaux à la fréquence de l'oscillateur. La sortie T21 du transformateur différentiel est appliquée à l'entrée d'un amplificateur linéaire 12 dont la sortie est envoyée à l'entrée d'une parte analogique 14 par l'intermédiaire d'un circuit d'élimination de composants continue ccmprenant par exemple un condensateur 16 en série et une résistance 18 en dérivation vers la masse. La porte analogique 14 est commandée par la sortie de l'amplificateur différentiel saturable 10 et la sortie de cette parte analogique est appliquée à un circuit d'échantillonnage/bloc2ge 20. Un avantage de ce circuit, est que tous ses composants peuvent être réalisés à partir d'amplificateurs différentiels classiques et simples et de composants passifs, l'amplificateur 12 devant être rapide et stable. le fait de choisir une amplification avant l'application du signal de sortie du transformateur différentiel à la porte analogique entraîne que le circuit selon l'invention sera peu sensible aux bruits de commutation Erovcquds par cette porte. le circuit d'élimination de composants continue (16, 18) permet de supprimer la dérive continue éventuelle de l'amplificateur 12. le choix d'un circuit d'échantillonnage/ blocage 20 à la sortie de la porte analogique permet d'obtenir un tres faible taux d'ondulation. La figure 2 représente un exemple d'un circuit d'oscillateur 1 qui peut être utilisé pour alimenter le transformateur différentiel 2. Dans l'exemple illustré, cet t oscillateur comprend deux condensateurs en série 21 et 22 entre une sorce d'alimentation haute +V et une souce d'alimentation basse -V. Chacun des condensateurs est en parallèle sur une résistance, respectivement 23, 24. le point milieu des coooensateurs est relié par l'inter médiaire d'une résistance 26 à l'entrée inverseuse (-) d'un amplificateur opérationel 28. Ce point milieu correspond également à la borne de sortie T11 de l'oscillateur.La sortie de l'amplificateur 28 est reliée à son entrée inverseuse par une résistance 29 et à son entrée nan-inverseuse par le montage en série de résistances 30 et 31, la résistance 31 étant une résistance réglable. le point de connexion des résistances 30 et 31 corrE6Eced à la sortie T12 de l'oscillateur. La figure 3 représente un mode de réalisation du circuit échantillonneur/bloqueur 20. Ce circuit, connecté à la sortie de la porte analogique 14, comprend une résistance 33 reliée à l'entrée non-inverseuse (+) d'un amplificateur opérationnel 35. Cette entrée est également reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur 37, l'ensemble de la résistance 33 et du condensateur 37 constituant un intégrateur. La sortie de l'amplificateur opérationnel 35 est reliée à son entrée inverseuse de sorte que cet t amplificateur fonctionne en suiveur de tension de gain sensiblement unité. La figure 4 représente un mode de réalisation classique de l'amplificateur 12. Celui est constitué à partir d'un amplificateur différentiel 38 ax0necte par son entrée non-inverseuse à la borne T21 et par son entrée inverseuse, avec interposition d'une résistance 39, à la borne T22. Une résistance de réglage de gain 40 est connectée entre la sortie de l'amplificateur différentiel 38 et son entrée inverseuse. A titre d'exemple de réalisation, on pourra choisir pour les divers éléments du circuit les valeurs ou composants suivants Tension +V : +15 volts Tension -V : -15 volts Résistance 26 : 10 Kohms Résistance 29 : 47 Kohms Résistance 30 : 10 kohms Potentiomètre 31 : 47 koaitns Condensateur 16 : 100 nF Résistance 18 : 10 kohms Résistance 33 : 100 kohms Condensateur 8 : 4,7 nF Condensateur 37 : 10 nF Amplificateur 10 : Circuit LM193 disponible auprès de la société dite SGS-Thomson Amplificateur 28 : Circuit TL061 disponible auprès de la société dite Texas Instruments Amplificateur 35 :Circuit OP20 disponible auprès de la société dite FMI Amplificateur 38 : Circuit OP43 disponible auprès de la société dite PMI Porte analogique 14 : Circuit HI5040 disponible auprès de la société dite Harris La figure 5 représente, partiellement sous forme de blocs, un deuxième mode de réalisation d'un circuit selon la présente invention.On retrouve en figure 5 l'oscillateur 1 avec ses bornes de sortie T11 et T12 et l'amplificateur différentiel 2 avec sa borne de sortie T21. le circuit de détection syTzi comprend carme précédemment un amplificateur saturable 10 commandant une porte analogique 14. le signal de sortie T21 du transformateur différentiel 2 est fourni à un amplificateur 12, à un circuit drélimination de composante continue 16, 18, à la porte analogique 14 et, de là, à un circuit d'échantillonnage/ blocage. Mais cette foiswsi, le circuit d'échantillonnage/blocage comprend un module de transfert de charge.A savoir que la sortie de la porte analogique 14 est fournie à une deuxième porte anale gique 50 par l'intermédiaire d'une résistance 33, l'entrée de la porte analogique 50 étant reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur 37 et ensuite la sortie de la porte analogique 50 est fournie à l'entrée de l'amplificateur suiveur 35, la sortie de cette porte analogique étant également reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensateur 51. La deuxième porte analogique 50 est commandée par un amplificateur saturable 52 relié aux bornes T11 et T12 et fournissant un signal en creneaux en opposition de phase par rapport au signal en créneaux fourni par le premier amplificateur saturable 10. le fonctionnement de ce circuit sera mieux compris en faisant référence aux aux chrcrogrammes de la figure 6. La courte A représente la sortie amplifiée du transformateur différentiel 2 à l'entrée de la porte analogique 14. La courbe B représente la sortie de l'oscillateur 1 après transformation en créneaux par l'amplificateur saturable 10. Il s'agit d'un signal en créneaux de même fréquence que la sortie du transformateur différentiel, ayant par exemple une période de 50 microsecondes. La courbe C représente la sortie de la porte analogique 14. On retrouve pendant les phases de conduction de cette porte analogique (les alternances positives dans l'exemple choisi) le signal amplifié du transformateur différentiel et, pendant les alternances negatives, un signal de charge progressive du condensateur 37. Ainsi, après une durée correspondant à la constante de temps de l'intégrateur 33, 37, on abtient une amplitude représentative de la valeur moyenne du signal à l'entrée A. Cette constante de temps de l'intégrateur sera par exemple de l'ordre de 10 ms. La courbe D représente les créneaux appliqués à la deuxième porte analogique 50 pour transférer, pendant les alter nacees négatives, la charge de condensateur 37 sur le conden- sateur 51. La osurbe E représente la charge progressive du oanden- sateur 51 dont la capacité sera choisie beaucoup plus faible que la capacité du condensateur 37 afin de minimiser les variations de tension aux bornes de ce condensateur 37 pendant le transfert de charge. L'avantage de ce transfert de charge est que la tension sur le condensateur 51 et doec sur la sortie E varie par incréments réguliers. Il en résulte un filtrage efficace et de concep- tion simple avec élimination de tous les bruits dynamiques. Bien entendu, l'homme de l'art pourra apporter de nombrex variantes aux différents éléments du circuit illustré schématiquement sous forme de blocs dans les schémas des figures 1 et 5. REVENDICATIONS 1. Détecteur synchrone à porte analogique de la sortie d'un transformateur différentiel (2) dont le primaire (4) est alimenté par un oscillateur (1) et dont les secondaires (5 et 6) sortit connectés en série et en opposition, caractérisé en ce qu'il ccmprend : un amplificateur linéaire (12) recevant la sortie du transformateur différentiel, une porte analogique (14) recevant la sortie de l'amplificateur linéaire et commandée à l'état passant pendant des alternances de polarité donnée de l'occillateur, et un circuit d'écnantillonnage/blocage (20) recevant la sortie de la porte analogique. 2. Détecteur synchrone selon la revendication 1, caractérisé en ce que la sortie de l'amplificateur linéaire (12) est fournie à la porte analogique (14) par l'intermédiaire d'un circuit d'élimination de composante continue (16, 18). 3. Détecteur synchrone selon la revendicatian 1, carac térisé en ce que le signal de ccnnerde de la porte analogique (14) est fourni par un amplificateur saturable (10) recevant la sortie de l'oscillateur (1). 4. Détecteur synchrone selon la revendication 1, carac térisé en ce qu'il comprend en outre, entre la porte analogique et le circuit d'échantillonnage/blocage, un circuit de transfert de charge. 5. Détecteur synchrone selon la revendication 4, carac terse en ce que le circuit de transfert de charge comprend un intégrateur (33, 37) comprenant un premier condensateur disposé à la sortie de la porte analogique (14) et une deuxième porte analogique (50) disposée entre l'intégrateur et un étage de sortie comprenant un deuxième condensateur dans lequel est trans gérée la charge du premier condensateur pendant des alternances de polarité opposée à ladite polarité donnée.