Brevet FR2764069A3 — publié le 19981204

FR 2764069 A3 19981204 FR 9706933 A 19970603 La présente invention concerne un circuit électronique à grandeur de sortie numérique permettant d'effectuer une mesure différentielle de deux impédances inductives variables. A l'heure actuelle, de nombreux circuits électroniques existent pour effectuer ce type de mesure. Ce sont néanmoins des circuits qui ont une bande passante de mesure faible ou qui présentent une grande complexité dans leurs architectures et dans leurs mises en oeuvre. Le circuit selon l'invention permet de convertir la différence de deux grandeurs inductives en un signal numérique fonction de cette différence avec une grande rapidité et un circuit électronique simple. Le circuit comporte plusieurs composants électroniques : une masse électrique, un amplificateur opérationnel, deux inductances variables, deux résistances, deux diodes, un comparateur de Schmitt, un compteur asynchrone, un inverseur logique, une horloge, un détecteur logique de front montant et un diviseur de fréquence. Le principe d'utilisation consiste à créer, à l'aide d'un sous circuit analogique monté en oscillateur (figure 1/2), un signal électrique rectangle dont la durée des créneaux est fonction de l'une puis de l'autre des deux inductances variables. La différence des durées est ensuite réalisée à l'aide d'un sous circuit numérique (figure 2/2) en comptant ou en décomptant la valeur d'un registre à l'aide d'un compteur au rythme d'un signal d'horloge suivant l'information reçue du sous circuit analogique. Les dessins annexés illustrent l'invention La figure 1/2 représente le sous circuit analogique de l'invention. La figure 2/2 représente le sous circuit numérique de l'invention. En référence à ces dessins, le circuit est constitué de quinze composants décris ci-dessous. La partie 1 est la masse électrique du circuit au potentiel électrique nul. La partie 2 est un dipôle passif capacitif, c'est à dire un condensateur. Les parties 3 et 9 sont des dipôles passifs résistants c'est à dire des résistors. La partie 4 est un composant actif appelé amplificateur opérationnel qui fonctionne en comparateur de tension. Sa fonction est de fournir une tension constante soit positive, soit négative en fonction du signe de la différence du potentiel appliqué aux bornes d'entrée du composant. Les parties 6 et 8 sont des dipôles passifs inductifs à inductances variables, c'est à dire des bobines. Le circuit selon l'invention mesure la différence d'inductance entre ces bobines 6 et 8. Les parties 5 et 7 sont des dipôles semi-conducteurs appelés diodes. Leurs fonctions sont de permettre idéalement une circulation à sens unique du courant. La partie 10 est un composant actif appelé comparateur de Schmitt. Sa fonction est ici de convertir le signal analogique en un signal numérique. La partie 11 est un inverseur logique. Sa fonction est de convertir un signal de bit haut en signal de bit bas et inversement. La partie 12 est un détecteur de front montant. Sa fonction est de crée un signal périodique carré dont la période est le double du signal périodique rectangle à l'entrée du composant. La partie 13 est un diviseur de fréquence. Sa fonction est de diviser par une valeur N programmée, la fréquence du signal à l'entrée du composant. La partie 14 est compteur numérique asynchrone. Sa fonction est d'ajouter une unité (respectivement de retirer une unité) à la valeur d'un registre au rythme d'un signal d'horloge quant un signal de bit haut est présent sur l'entrée 'compter' du compteur (respectivement quant un signal de bit haut est présent sur l'entrée 'décompter' du compteur). La partie 15 est une horloge. Sa fonction est de fournir un signal carré de fréquence précise connue. Le principe de fonctionnement du circuit est basé sur un oscillateur analogique construit autour du composant 4 et dont le signal de sortie est fonction de l'inductance variable des bobines 6 et 8. La tension de sortie du composant 4 est une tension constante soit positive soit négative par rapport à la masse 1 du circuit. Lorsque la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 4 est positive, le condensateur 2 se charge progressivement positivement grâce au courant circulant dans le résistor 3. De la même manière, la tension aux bornes du résistor 9 va s'établir progressivement car la variation de courant circulant dans ce résistor est limitée par l'effet inductif la bobine 8 uniquement. Dans le cas d'un régime oscillant établit, la transition d'une tension de sortie positive vers une tension de sortie négative de l'amplificateur opérationnel 4 se produit lorsque la différence de potentiel entre l'entrée positive et négative du composant 4 devient négative. Ceci prend effet lorsque la tension aux bornes du condensateur 2 dépasse la tension aux bornes du résistor 9 au bout d'une durée fonction de tous les éléments passifs 2,3,8 et 9 du circuit à l'exception de la bobine 6. Ceci est dû à la diode 5 qui empêche le courant de circuler dans la bobine 6 et à la diode 7 qui laisse passer le courant dans la bobine 8 quand la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel est positive. Au contraire, lorsque la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel 4 est négative, le condensateur 2 se charge progressivement négativement et une tension négative aux bornes du résistor 9 va s'établir progressivement grâce à l'effet inductif de la bobine 6 uniquement. La nouvelle transition prend effet lorsque la tension aux bornes du condensateur 2 ne dépasse plus la tension aux bornes du résistor 9 au bout d'une durée fonction de tous les éléments passifs 2,3,6 et 9 du circuit à l'exception de la bobine 8. L'oscillation se poursuivant, le signal de sortie du sous circuit analogique est un signal rectangle dont la durée de la partie ayant une tension positive est fonction de l'inductance variable de la bobine 8 et la durée de la partie ayant une tension négative est fonction de l'inductance variable de la bobine 6. Ce signal analogique est converti en un signal numérique par le comparateur 10 pour l'appliquer sur l'entrée 'compter' du compteur asynchrone 14. Ce même signal, inversé par l'inverseur logique 11, est appliqué sur l'entrée 'décompter' du compteur asynchrone 14. La valeur numérique du registre du compteur 14 est donc alternativement augmenter puis diminuer au rythme du signal de l'horloge 15 appliqué sur l'entrée 'horloge' du composant 14. La valeur du registre du compteur 14 est régulièrement initialiser à une constante toutes les 2N périodes de l'oscillateur analogique de la figure 1/2 grâce au signal fourni par le détecteur de front montant 12 en série avec le diviseur de fréquence 13 appliqué sur l'entrée initialisation' du composant 14. Le circuit fourni donc une valeur numérique proportionnelle à la différence des inductances des deux bobines toutes les 2N périodes de l'oscillateur. La précision du circuit augmente quand N augmente. Par contre, la rapidité des mesures du circuit augmente quand N diminue. Le circuit est destiné aux mesures différentielles d'inductances soit pour de faibles différences d'inductances (N grand), soit lorsque la bande passante des mesures doit être grande (N petit). Il est particulièrement adapté pour effectuer des mesures différentielles de proximité d'un objet métallique placé entre les deux bobines du circuit. En effet, l'inductance propre des bobines est fonction de la proximité de l'objet métallique. Si les deux bobines sont identiques, le circuit selon l'invention, permet alors de connaître directement l'écart de l'objet par rapport à sa position milieu. REVENDICATION Dispositif servant à effectuer une mesure numérique de la différence de deux impédances inductives variables caractérisé en ce qu'il comporte : un oscillateur analogique fournissant un signal rectangle où la durée des créneaux est alternativement proportionnel à l'une puis à l'autre inductance des deux bobines et un circuit numérique convertissant ce signal en une valeur numérique fonction de la différences des deux inductances des deux bobines.