Brevet FR2948452A1 — publié le 20110128

Domaine de l'invention La présente invention concerne une installation de me-sure pour l'exploitation télémétrique d'un capteur passif ayant un circuit électrique oscillant. L'invention concerne également un système de mesure équipé d'une installation de mesure et d'un capteur passif. Etat de la technique Pour saisir des grandeurs de mesure physiques telles que la pression, l'humidité ou la température, il est connu d'utiliser des capteurs comportant un circuit électrique oscillant LC. La conversion des grandeurs de mesure physiques en un signal électrique exploitable est fondée sur la dépendance entre la fréquence de résonance et/ou la qua-lité du circuit oscillant LC et des grandeurs de mesure. Le décalage de la fréquence de résonance et/ou la qualité du circuit oscillant, peut résulter d'une variation de capacité et aussi d'une variation d'inductance. Une installation de mesure détermine la fréquence de résonance et/ou la qualité du circuit oscillant du capteur. L'installation de mesure peut être reliée à cet effet au capteur par une liaison galvanique ou par une liaison télémétrique. Il est avantageux d'utiliser une exploitation télémétrique du capteur si le couplage galvanique du capteur à l'installation de mesure n'est pas possible ou ne l'est que difficilement. Or, l'exploitation télémétrique exacte des fréquences de résonance et/ou de la qualité d'un circuit oscillant d'un capteur nécessite habituellement des moyens techniques importants, par exemple l'utilisation d'un analyseur de ré-seau. Le document US 2007/0247138 décrit un système de mesure équipé d'une installation de mesure et d'un capteur passif. L'installation de mesure effectue une exploitation télémétrique du circuit électrique oscillant du capteur. Pour cela, l'installation de mesure comporte une bobine de couplage couplée par induction à la bobine du circuit oscillant du capteur. La bobine de couplage de l'installation de mesure génère plusieurs grandeurs d'excitation successives dans le temps. Ces grandeurs sont injectées dans le circuit oscillant du capteur par l'intermédiaire de la bobine du circuit oscillant du capteur. Le comportement en atténuation du circuit oscillant ainsi excité, est détecté par la bobine de couplage de l'installation de mesure pour être trans- 2 formé en un signal électrique. Le déphasage de groupe entre les séquences amorties, successives, du circuit oscillant du capteur, est utilisé pour réguler la fréquence par laquelle l'installation de mesure excite le circuit oscillant du capteur à travers la bobine de couplage et cela jusqu'à obtenir la fréquence de résonance du circuit oscillant. Exposé et avantages de l'invention La présente invention concerne une installation de me-sure pour l'exploitation télémétrique d'un capteur passif ayant un circuit oscillant électrique, comprenant : - au moins une source d'oscillations, une bobine de couplage et un détecteur de phase, - au moins une source d'oscillations génère dans une branche de référence de l'installation de mesure, une vibration électrique de référence et dans une branche de mesure de l'installation de mesure, elle génère une oscillation électrique de mesure, - la bobine de couplage, installée dans la branche de mesure est couplée de manière inductive à une bobine d'oscillations du capteur, et - le détecteur de phase détecte l'oscillation de référence de la branche de référence et l'oscillation de mesure de la branche de mesure, et - le détecteur de phase détermine la différence de phase entre l'oscillation de référence et l'oscillation de mesure. Le coeur de l'invention est un concept simple à réaliser pour mesurer la phase dépendant de la fréquence de l'impédance d'une bobine, ici la bobine de couplage, par le couplage inductif du circuit os- cillant du capteur que l'on exploite. Pour cela, on compare le déphasage d'une oscillation électrique à la phase de l'oscillation de référence, l'oscillation électrique étant générée par le couplage de la bobine de cou-plage côté exploitation sur le circuit oscillant du capteur. La différence de phase dépendant de la fréquence entre les deux oscillations, se dé- termine de manière simple dans le concept de circuit selon l'invention. La différence de phase des deux oscillations permet de déterminer la fréquence de résonance et la qualité du circuit oscillant du capteur exploité. En particulier, cela permet l'exploitation télémétrique de capteurs par exemple de capteurs capacitifs ou inductifs et ainsi cela permet de 3 déterminer par voie télémétrique, les grandeurs physiques fournies par le capteur. L'installation de mesure selon l'invention offre également l'avantage d'être économique à réaliser. Il est avantageux de réaliser l'installation de mesure sous la forme d'un circuit intégré (circuit spécialisé ASIC) ou comme partie d'un tel circuit. L'installation de mesure et son circuit, se réalisent en technique économique au silicium et son encombrement en surface est réduit. La bobine de couplage peut être intégrée dans le circuit de commutation ou être raccordée comme com- posant séparé. Suivant une autre caractéristique avantageuse l'installation de mesure, comporte en outre un moyen d'exploitation qui, partant de la différence de phase fournie par le détecteur de phase entre l'oscillation de référence et l'oscillation de mesure, détermine la fréquence de résonance et/ou la qualité du capteur exploité. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'installation de mesure, l'oscillation électrique générée par la source d'oscillations, est répartie pour générer l'oscillation de référence ainsi que l'oscillation de mesure dans la branche de référence et dans la branche de mesure. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'installation de mesure, la source d'oscillations génère des oscillations électriques ayant des fréquences différentes, et l'installation de mesure est conçue pour que la fréquence de l'oscillation électrique générée par la source d'oscillations, balaie une plage de fréquence, et le détecteur de phase détermine, la différence de phase de plusieurs fréquences dans cette plage de fréquence, différence de phase entre l'oscil- lation de référence et l'oscillation de mesure. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'installation de mesure, une borne de la bobine de couplage est mise à la masse. Suivant une autre caractéristique avantageuse de Pins- tallation de mesure, 4 la branche de mesure comporte un amplificateur de transduction. Suivant une autre caractéristique avantageuse de l'installation de mesure, la branche de référence comporte un moyen de compensation de phase. Suivant une autre caractéristique avantageuse, l'installation de mesure est un circuit intégré. L'invention concerne également un système de mesure équipé d'une installation de mesure telle que définie ci-dessus et comportant un capteur passif ayant un circuit électrique oscillant muni d'une bobine couplée par induction à la bobine de couplage de l'installation de mesure. Le système de mesure défini ci-dessus comporte un capteur qui est avantageusement un capteur de pression servant à mesurer une pression. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un mode de réalisation représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un schéma électrique d'un capteur passif à cou-plage inductif, - la figure 2a montre la courbe de réponse calculée de la phase de l'impédance mesurée Z de la bobine de couplage avec un circuit os-cillant à couplage inductif du capteur pour différentes valeurs de la capacité du capteur, - la figure 2b montre la courbe de réponse calculée de la phase de l'impédance mesurée Z de la bobine de couplage comportant un circuit oscillant à couplage inductif du capteur pour différentes valeurs d'une résistance série du capteur, et - la figure 3 est un schéma par blocs d'un système de mesure selon l'invention comportant une installation de mesure selon l'invention et un capteur passif. Description d'un mode de réalisation de l'invention Le principe de mesure à la base de l'installation de me-sure selon l'invention sera décrit ci-après tout d'abord à l'aide de la figure 1. La figure 1 est un schéma électrique d'un capteur à cou-plage inductif 20 couplé par induction par une bobine de couplage d'une installation de mesure non détaillée. Le capteur 20 comporte un circuit oscillant LC ayant une inductance L2 et une résistance R2 ainsi 5 qu'une capacité C2. Le capteur 20 est couplé par induction à la bobine de couplage de l'installation de mesure. Celle-ci a une inductance L1 et une résistance Ri. Le système selon la figure 1 se décrit par le schéma équivalent de type T selon la théorie de la transformation. Ce schéma donne l'impédance complexe Z de la bobine de couplage par l'expression sui- vante :Z=R1+jwL1+w2M2/(R2+j(wL2-1/wC2))• Dans cette formule, M = k I L1 L2 ; M représente l'inductance mutuelle de la bobine du circuit oscillant et de la bobine de couplage avec le coefficient de couplage k dépendant de la géométrie (0 k 1) ; w est la fréquence circulaire. La courbe de fréquence de la phase de l'impédance Z correspondant à la formule w z = arctan (lm{Z} / Re{Z}), a un minimum caractéristique pour la fréquence de résonance circulaire (ARES du circuit oscillant du capteur 20 ; la forme et la profondeur du minimum dépen- dent du coefficient de couplage k et de la qualité Q du capteur. La figure 2a montre la courbe de réponse calculée de la phase de l'impédance Z de la bobine de couplage pour différentes valeurs de la capacité C2 du capteur. La figure 2b correspond à différentes valeurs de la résistance série R2 du capteur. La résistance série se traduit indirectement dans la qualité Q pour laquelle on a la relation Q oc 1/R2. La fréquence de résonance wo est celle d'un circuit oscillant de capacité Co. La figure 3 est un schéma par blocs d'un système de me-sure selon l'invention. Le système de mesure comprend une installation de mesure 1 selon l'invention pour l'exploitation télémétrique 1 d'un capteur passif ayant un circuit électrique oscillant et un capteur passif 20. L'installation de mesure 1 comprend une source d'oscillations 3, une bobine de couplage 4 et un détecteur de phase 5. La source d'oscillations 3 est ici un oscillateur de fréquence variable (oscillateur de fréquence variable encore appelé oscillateur VFO), géné- 6 rant une tension alternative sinusoïdale. La bobine de couplage 4 as-sure le couplage inductif du circuit oscillant du capteur 20 avec l'installation de mesure 1. La source d'oscillations 3 génère une tension alternative sinusoïdale. Sur un noeud 10, la tension alternative sinusoïdale est ré-partie entre une branche de référence 6 et une branche de mesure 7 de l'installation de mesure 1. Dans la branche de mesure 7, la tension alternative est tout d'abord convertie par un amplificateur de transconductance 8 en un courant alternatif d'amplitude constante. Le courant alternatif est appliqué à la bobine de couplage 4 dont une borne est à la masse. Ainsi, la tension alternative appliquée à la bobine de couplage 4 est proportionnelle à la valeur complexe de l'impédance de la bobine de couplage 4. Cette tension alternative est appliquée à une entrée du détecteur de phase 5. On peut également prévoir un suiveur de tension comme élément tampon branché en position intermédiaire. Dans la branche de référence 6, la tension alternative générée par la source d'oscillations 3 est appliquée à l'autre entrée du détecteur de phase. En fonction du traitement du signal effectué ensuite et de la qualité des composants utilisés dans la branche de mesure 7, par exemple en fonction de la qualité de la bobine de couplage 4 et de la courbe de fréquence de l'amplificateur de transconductance 8, il peut être intéressant d'utiliser un moyen de compensation de phase 9, supplémentaire dans la branche de référence 6, par exemple un réseau de compensation de phase. Le moyen de compensation de phase 9 permet de compenser un déphasage parasite, non engendré par la grandeur de mesure même, mais par le circuit de la branche de mesure 7, par exemple par l'amplificateur 8 ou la bobine de couplage 4. La compensation consiste à ce que le moyen de compensation 9 copie la courbe de phase de la branche de mesure 7 lorsque le capteur 20 n'est pas couplé. Le détecteur de phase 5 détermine la différence de phase entre la tension alternative, le cas échéant compensée en phase dans la branche de référence 6, la tension alternative de référence "tension alternative de référence" et la tension alternative dans la branche de me-sure 7 à savoir "la tension alternative de mesure". 7 Le détecteur de phase 5 peut être un détecteur numérique ou un détecteur analogique de phase et détecter la phase avec les variantes de réalisation usuelles telles que par exemple un circuit Flip-Flop, une porte XOR ou un multiplicateur/mélangeur analogique. Le détecteur de phase 5 fournit de préférence une tension continue qui dans le cas idéal, est proportionnelle à la différence des phases de l'oscillation de mesure et de l'oscillation de référence. Le capteur 20 comporte un circuit électrique oscillant avec une bobine de circuit oscillant 21 et un condensateur 22. La bobine de circuit oscillant 21 est couplée par induction à la bobine de couplage 4 de l'installation de mesure 1. Dans cet exemple de réalisation, le capteur 20 est un capteur de pression capacitif dont la capacité du condensateur 22 dé-pend de la pression ambiante. De tels capteurs de pression sont connus 15 de manière générale. En variante et selon l'application, à la place du capteur capacitif, on peut également utiliser un capteur inductif. L'installation de mesure 1 est conçue pour que la fréquence de la tension alternative générée par la source d'oscillations 3 balaie une plage de fréquence suffisamment importante et le détecteur 20 de phase 5 détermine dans cette plage de fréquence, un grand nombre de fréquences différentes de la différence de phase entre l'oscillation de référence et l'oscillation de mesure. Le couplage inductif entre la bobine de couplage 4 de l'installation de mesure 1 et la bobine de circuit oscillant 21 du capteur 20 se traduit par une courbe de phase dépendant de 25 la qualité et en particulier de la fréquence de résonance du circuit oscillant du capteur 20, comme le montrent les figures 2a et 2b et comme cela a été détaillé ci-dessus. Un moyen d'exploitation 2 constitué par exemple par une unité de calcul équipé d'un microprocesseur, permet de déterminer la 30 fréquence de résonance et/ou la qualité du capteur 20, avec la courbe de phase fournie par le détecteur de phase 5. En déterminant la fréquence de résonance et/ou la qualité du capteur 20, on peut conclure à la grandeur physique mesurée par le capteur 20. Dans le cas présent, il s'agit de la pression ambiante. Le moyen d'exploitation2 peut faire par- 8 tie de l'installation de mesure 1 ou être une unité indépendante reliée à l'installation de mesure 1. Le système de mesure selon l'invention tel que décrit comprenant l'installation de mesure 1 et le capteur 20, s'applique par exemple pour mesurer la pression dans le système d'échappement d'un véhicule automobile, notamment au niveau d'un filtre à particules. Le capteur de pression passif 20, capacitif, a l'avantage d'être réalisable de manière à résister aux gaz d'échappement et l'exploitation télémétrique du capteur 20 par l'installation de mesure 1, permet de placer l'installation de mesure 1 à distance du capteur de pression 20. L'installation de mesure 1 est un circuit intégré ou fait partie d'un circuit intégré. 15 NOMENCLATURE 1 installation de mesure 3 source d'oscillations 4 bobine de couplage 5 détecteur de phase 6 branche de référence 7 branche de mesure 8 amplificateur 20 capteur 21 bobine de circuit oscillant15 REVENDICATIONS1 °) Installation de mesure (1) pour l'exploitation télémétrique d'un capteur passif (20) ayant un circuit oscillant électrique, comprenant : - au moins une source d'oscillations (3), une bobine de couplage (4) et un détecteur de phase (5), - au moins une source d'oscillations (3) génère dans une branche de référence (6) de l'installation de mesure (1), une oscillation électrique de référence et dans une branche de mesure (7) de l'installation de mesure, elle génère une oscillation électrique de mesure, - la bobine de couplage (4), installée dans la branche de mesure (7) est couplée de manière inductive à une bobine d'oscillations (21) du capteur (20), - le détecteur de phase (5) détecte l'oscillation de référence de la branche de référence (6) et l'oscillation de mesure de la branche de mesure (7), et - le détecteur de phase (5) détermine la différence de phase entre l'oscillation de référence et l'oscillation de mesure. 2°) Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comporte en outre un moyen d'exploitation (2) qui, partant de la différence de phase fournie par le détecteur de phase (5) entre l'oscillation de référence et l'oscillation de mesure, détermine la fréquence de résonance et/ou la qualité du capteur exploité (20). 3°) Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'oscillation électrique générée par la source d'oscillations (3), est répartie pour générer l'oscillation de référence ainsi que l'oscillation de me- sure dans la branche de référence (6) et dans la branche de mesure (7). 4°) Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la source d'oscillations (3) génère des oscillations électriques ayant des fréquences différentes, et 15 20 11 l'installation de mesure est conçue pour que la fréquence de l'oscillation électrique générée par la source d'oscillations (3), balaie une plage de fréquence, et le détecteur de phase (5) détermine la différence de phase de plusieurs fréquences dans cette plage de fréquence, différence de phase entre l'oscillation de référence et l'oscillation de mesure. 5°) Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' une borne de la bobine de couplage (4) est mise à la masse. 6°) Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la branche de mesure (7) comporte un amplificateur de transduction (8). 7°) Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que la branche de référence (6) comporte un moyen de compensation de phase (9). 8°) Installation de mesure selon la revendication 1, caractérisée en ce que l'installation de mesure (1) est un circuit intégré. 25 9°) Système de mesure comportant une installation de mesure selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu' il comporte un capteur passif (20) ayant un circuit oscillant électrique muni d'une bobine d'oscillations (21) couplée par induction à la bobine 30 de couplage (4) de l'installation de mesure (1). 10°) Système de mesure selon la revendication 9, caractérisé en ce que le capteur (20) est un capteur de pression servant à mesurer une pres- 35 Sion.