Brevet FR2908184A1 — publié le 20080509

La présente invention concerne un capteur de pression. Dans le domaine de la mesure de pression, il est connu d'employer un dispositif pouvant être décrit en se référant à la figure 1. Ce dispositif 1 comprend un élément 2 sensible à la pression, connecté en série avec un conditionneur 3. L'élément sensible 2 produit une charge électrique fonction de la pression auquel il est soumis. Ladite charge est transmise au conditionneur 3 qui convertit la charge électrique en un signal de tension Vs indicatif de la pression. Du fait du principe même de mesure employé, une dérive du signal est observable, principalement pour les composantes basse fréquence. Afin d'y remédier un filtre passe-haut 4, de fréquence de coupure typique Fc = 0,5 Hz, élimine classiquement la dérive de la tension Vs. Cependant, ce filtrage passe-haut, en réalisant une atténuation des composantes basse fréquence du signal, introduit à son tour une détérioration du spectre du signal et une distorsion du signal de tension Vs. La présente invention vise à pallier cet inconvénient en proposant un capteur 15 comprenant un moyen de neutralisation dudit filtre passe-haut, et fonctionnant selon deux modes : - lorsque la fréquence du signal de pression est basse le filtre passe-haut est neutralisé, - lorsque la fréquence du signal de pression est haute le filtre passe-haut est 20 activé. Un avantage du dispositif selon l'invention est de diminuer l'impact négatif du filtre passe-haut durant les phases de variation basse fréquence du signal de pression où il s'avère le plus préjudiciable. Au contraire, le filtre passe-haut présente un impact réduit et n'induit pas de 25 forte distorsion du signal à haute fréquence. D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description détaillée donnée ci-après à titre indicatif en relation avec des dessins sur lesquels : - la figure 1, déjà décrite, présente un schéma électrique d'un capteur de 30 pression selon l'art antérieur, - la figure 2 présente un schéma électrique d'un capteur de pression modifié selon l'invention, - la figure 3 illustre un signal de pression mesuré dans un cylindre de moteur à combustion interne avec un capteur selon l'art antérieur, 35 - la figure 4 illustre un signal de pression mesuré dans un cylindre de moteur à combustion interne avec un capteur selon l'invention. 2908184 2 Les références identiques sur les figures 1 et 2 désignent les mêmes composants. Le capteur de pression 1 selon l'invention illustré figure 2 est modifié en ce qu'il comprend en outre un moyen de neutralisation 5 du filtre passe-haut 4. 5 Afin d'optimiser la qualité du signal de tension Vs représentatif de la pression mesurée, le moyen de neutralisation 5 neutralise ou rend inopérant le filtre passe-haut 4 lorsque la fréquence de variation de la pression est inférieure à un seuil de fréquence déterminé et au contraire active ledit filtre passe-haut 4 lorsque la fréquence de variation de la pression est supérieure audit seuil de fréquence. Ce seuil est avantageusement 10 déterminé autour d'une valeur de 10 Hz. On considère dans la présente demande que le terme "basse fréquence" désigne les fréquences situées en dessous dudit seuil et "haute fréquence" les fréquences situées au dessus dudit seuil. Un avantage introduit par la neutralisation selon l'invention est de tendre à la suppression de la distorsion du signal induite par le filtre passe-haut 4 dans les zones 15 basse fréquence où son impact est le plus important. Afin de réaliser cette neutralisation, le moyen de neutralisation 5 comprend un moyen de réduction 12 de la fréquence de coupure Fc du filtre passe-haut 4. Le moyen de réduction 12 est avantageusement disposé en série avec le filtre passe-haut 4 et peut être réalisé selon plusieurs modes. La fréquence de coupure Fc du 20 filtre passe-haut 4, classiquement voisine de 0,5 Hz, est inversement proportionnelle à la résistance de la branche de circuit le contenant. La neutralisation du filtre passe-haut 4 consiste en une réduction de ladite fréquence de coupure Fc pouvant aller jusqu'à l'annuler. Cette réduction est obtenue en augmentant la résistance de ladite branche. Selon un premier mode de réalisation, le moyen de réduction 12 est un interrupteur 12, 25 dont l'ouverture réalise une neutralisation par isolement du filtre passe-haut 4 ou ce qui est équivalent qui rend infinie la résistance de la branche, annulant ainsi la fréquence de coupure Fc. Le conditionneur 3 se réduit alors à un intégrateur pur. Un autre avantage de l'invention est de tendre à s'affranchir de toute divergence du processus d'intégration, une erreur de l'intégrateur étant favorablement 30 remise à zéro à chaque désactivation de la neutralisation, le filtre passe-haut 4 réalisant cette remise à zéro lors sa mise en service. Selon un second mode de réalisation, le moyen de réduction 12 comprend tout moyen connu de l'homme du métier permettant d'augmenter la résistance de ladite branche, tel que : l'ajout d'une résistance, l'utilisation d'une résistance variable, etc. 35 Dans le cas considéré, le moyen de neutralisation 5 comprend en outre un moyen d'activation 13 dudit moyen de réduction 12 connecté à la sortie 16 de l'intégrateur 6, comparant la fréquence de variation de la pression avec ledit seuil de 2908184 3 fréquence, activant le moyen de réduction 12 (le filtre 4 est neutralisé) lorsque la comparaison indique que le signal se situe dans les basses fréquences et désactivant le moyen de réduction 12 (le filtre 4 est activé) lorsque le signal se situe dans les hautes fréquences. 5 Une application envisagée pour le capteur de pression selon l'invention est la mesure de la pression dans un cylindre de moteur à combustion interne. Un signal de pression indicatif de cette application est présenté aux figures 3 et 4. Un tel signal se caractérise par une correspondance remarquable : les zones de pression élevées coïncident avec les zones de haute fréquence tandis que les zones de pression plus 10 faibles coïncident avec les zones de basse fréquence. II est alors avantageux, puisque plus simple à réaliser, de substituer une comparaison de la fréquence de variation de la pression à un seuil de fréquence par une comparaison de la tension Vs à un seuil de tension 25 correspondant. Le moyen d'activation 13 réalise classiquement cette comparaison au moyen d'un comparateur analogique avec hystérésis. Alternativement le moyen d'activation 13 comprend un moyen numérique de type microcontrôleur pour réaliser cette fonction de comparaison et de commande du moyen de réduction 12. La figure 3, respectivement 4, illustre un signal de pression mesuré dans un cylindre d'un moteur à combustion interne avec un capteur selon l'art antérieur, respectivement selon l'invention. Les mêmes références sur les deux figures désignent des éléments similaires. La courbe 22 est présentée sur un diagramme figurant en abscisse 20 le temps et en ordonnée 21 le signal de tension Vs indicatif de la pression. La courbe 22 est périodique et présente un pic 23 et un plateau 24 pour chaque cycle moteur. La courbe 22 de la figure 3, correspondant à l'art antérieur, laisse apparaître, principalement au niveau du palier 24, les distorsions induites par le filtre passe-haut 4 et particulièrement un palier en pente. Au contraire la courbe 22 de la figure 4, correspondant au capteur selon l'invention montre l'amélioration apportée par l'invention : le palier est sensiblement plan. Un seuil de tension 25 judicieusement déterminé permet, par comparaison du signal Vs avec ce seuil 25, de déterminer les limites desdites zones. Ainsi la zone de pic 23 débute à l'instant 26 et se termine à l'instant 27, tandis que la zone de plateau 24 débute à l'instant 27 et se termine à l'instant 28. Ainsi, le moyen de neutralisation 5 par comparaison du signal Vs avec une tension seuil 25, détermine et peut commander une désactivation du moyen de réduction 12 à l'instant 26, son activation à l'instant 27 et encore sa désactivation à l'instant 28. Ainsi le filtre passe-haut 4 est opérationnel entre les instants 26 et 27 et est neutralisé entre les instants 27 et 28. La détermination du seuil de tension 25 s'effectue empiriquement afin de déterminer une valeur nettement supérieure aux oscillations et bruits apparaissant au 2908184 4 niveau du plateau 24, tout en restant nettement inférieure à la valeur maximale au niveau du pic 23. Alternativement à une observation du signal Vs, le moyen de neutralisation 5 peut être commandé directement par un signal extérieur. 5 Avantageusement l'élément sensible 2 comprend un premier condensateur 8 dont le diélectrique est piézoélectrique afin de produire une charge électrique fonction de la pression appliquée audit condensateur 8. Ce condensateur 8 présente une résistance de fuite qui nécessite l'emploi d'un filtre passe-haut 4. Avantageusement encore l'intégrateur 6 comprend un amplificateur 10 opérationnel 9 et un second condensateur 10 connecté entre l'entrée moins 14 et la sortie 16 de l'amplificateur opérationnel 9. Afin de réaliser une stabilisation de sa dérive, l'intégrateur 6 nécessite une résistance de stabilisation disposée en parallèle du second condensateur 10. Le filtre passe-haut 4 est rendu nécessaire par la présence d'une résistance 15 de fuite intrinsèque au condensateur 8 et par l'existence de dérives associées au courant d'entrée et de l'offset de l'amplificateur opérationnel 9. Le filtre passe-haut 4 élimine encore avantageusement les variations très basses fréquences du signal causées par les variations de température de l'élément sensible 2. Le filtre passe-haut 4 comprend une résistance 11 connectée en parallèle de 20 l'intégrateur 6. Cette résistance 11, en plus de sa fonction passe-haut 4, réalise avantageusement la fonction précitée de résistance de stabilisation. Ainsi en réalisant une commutation lors de la neutralisation/activation du filtre passe-haut 4, le dispositif selon l'invention assure néanmoins une stabilisation du zéro de l'intégrateur 6, tout en réduisant sensiblement la distorsion du signal. 25 Le circuit de la figure 2 est opérationnel avec, par exemple, les valeurs suivantes : -condensateur 8 : Ce = 6 pF, - source de tension 7 : Se = 30 V, -condensateur 10 : C = 1200 pF, 30 - résistance 11 : R = 300 MD. L'invention permet de réaliser un capteur de pression présentant une étendue de mesure de 0-200 bars, une précision de 0,5% et une bande passante de 0,5Hz à 10kHz. Le capteur selon l'invention peut avantageusement être mis en oeuvre pour la 35 mesure de la pression dans un cylindre de moteur à combustion interne. Selon un premier mode de réalisation, la neutralisation/activation du filtre passe-haut 4 est commandée en fonction de la comparaison du signal Vs avec un seuil de tension 25. 2908184 5 Selon un second mode de réalisation alternatif, la neutralisation/activation du filtre passe-haut 4 est commandée par un signal extérieur au capteur 1. Compte tenu de la répartition relative des zones d'activation et de désactivation du filtre passe haut, ce signal extérieur est avantageusement issu d'une mesure de l'angle vilebrequin. REVENDICATIONS 1. Capteur de pression (1) comprenant un élément sensible (2) et un conditionneur (3) connectés en série, ledit élément sensible (2) produisant une charge électrique fonction de la pression auquel ledit élément sensible (2) est soumis, ledit conditionneur (3) comprenant un intégrateur (6) intégrant ladite charge électrique afin de produire une tension Vs indicative de ladite pression et un filtre passe-haut (4) éliminant les composantes basses fréquences de ladite tension Vs, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un moyen de neutralisation (5) dudit filtre passe-haut (4). 2. Capteur de pression (1) selon la revendication 1, où ledit moyen de neutralisation (5) est adapté pour neutraliser le filtre passe-haut (4) lorsque la fréquence de variation de la pression est inférieure à un seuil de fréquence donné. 3. Capteur de pression (1) selon la revendication 1 ou 2, où ledit moyen de neutralisation (5) comprend un moyen de réduction (12) de la fréquence de coupure du filtre passe-haut (4). 4. Capteur de pression (1) selon la revendication 3, où ledit moyen de 15 réduction (12) est un interrupteur. 5. Capteur de pression (1) selon la revendication 3 ou 4, où le moyen de neutralisation (5) comprend en outre un moyen d'activation (13) dudit moyen de réduction (12) lorsque la fréquence de variation de la pression est inférieure audit seuil de fréquence. 20 6. Capteur de pression (1) selon la revendication 5, où le moyen de neutralisation (5) détecte que la fréquence de variation de la pression est inférieure à un seuil de fréquence donné par une mesure de la tension Vs supérieure à un seuil de tension. 7. Capteur de pression (1) selon la revendication 3 ou 4, où le moyen de 25 neutralisation (5) est commandé par un signal extérieur. 8. Capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, où l'élément sensible (2) comprend un premier condensateur (8) dont le diélectrique est piézoélectrique. 9. Capteur de pression (1) selon la revendication 8, où l'intégrateur (6) 30 comprend un amplificateur opérationnel (9) et un second condensateur (10) connecté entre l'entrée moins (14) et la sortie (16) de l'amplificateur opérationnel (9). 10. Capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, où le filtre passe-haut (4) comprend une résistance (11) connectée en parallèle de l'intégrateur (6). 35 11. Moteur à combustion interne caractérisé en ce qu'il comprend un capteur de pression (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 10, disposé dans un 2908184 7 cylindre, afin de mesurer la pression dans ledit cylindre. 12. Moteur selon la revendication 11 où ledit signal extérieur est une mesure de l'angle vilebrequin.