Brevet FR3017717A1 — publié le 20150821

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à un dispositif de cap- teur d'environnement comportant un transducteur de signal, un che- min de réception relié directement au transducteur de signal pour transmettre les signaux reçus par le transducteur de signal à une unité d'exploitation et un transformateur. De tels dispositifs de capteur d'environnement servent par exemple à la télémétrie pour la mesure de distance dans des véhi- cules. L'invention s'applique notamment à des perfectionnements rela- tifs à la préparation de signaux de transducteur correspondant à des plages dynamiques différentes. Etat de la technique Pour la détection acoustique de l'environnement on uti- lise des transducteurs électroacoustiques (par exemple des transduc- teurs à ultrasons). Souvent on utilise de tels transducteurs à la fois pour émettre des signaux de mesure acoustique et pour recevoir des signaux de mesures acoustiques réfléchies. A cause de la résistance interne élevée des transducteurs utilisés pour l'émission des signaux de mesure, acoustiques on utilise habituellement un transformateur pour passer de la tension d'alimentation disponible (par exemple celle du ré- seau embarqué du véhicule) qui est de manière caractéristique comprise entre 8 V et 24 V, à une amplitude supérieure à 100 V pour le signal d'émission électrique. La figure 1 montre un tel montage d'un dispositif 1. L'étage de puissance d'émission 3 applique un courant alternatif fort par au moins une bobine L1 du transformateur 5. La bobine L2 du côté opposé du transformateur 5 comporte plus de spires, c'est pourquoi le signal de tension alternative ainsi appliqué arrive avec un niveau de tension plus élevé à l'entrée du transducteur électroacoustique 2. Celui- ci rayonne sous l'effet du signal acoustique vers l'environnement. Les signaux acoustiques qui sont par exemple les échos provenant des si- gnaux de mesure acoustique émis et/ou qui proviennent des émissions d'autres sources de signaux acoustiques arrivent sur le transducteur électroacoustique 2 et génèrent habituellement un signal de réception ayant une amplitude inférieure d'un ordre de grandeur à celle du signal d'émission. Ce signal de réception est amplifié par la ligne de composants Cl, R1, R2 ainsi que par l'amplificateur opérationnel du chemin de réception 4 pour être fournis à une unité d'exploitation 6 en aval. Les composants de la plage représentée à droite du trait interrompu verti- cal, sont choisis de préférence pour des raisons de coût, pour être re- groupés dans le circuit intégré relié par plus de trois à quatre broches P (représentées par des ronds) ou composants représentés à droite de la ligne en traits interrompus. La figure 1 montre ainsi seulement la fonction des com- posants principaux. Il est connu que le circuit intégré (circuit IC) est également relié à la masse du système et à la tension d'alimentation et la masse du système et cette tension d'alimentation correspondent habituellement à un court-circuit pour les signaux de tension alternative telle que dans les dispositifs selon l'état de la technique. Le transduc- teur électroacoustique 2 reçoit des échos combinés au début du cycle d'écho avec les signaux de fin d'oscillation du transducteur électroacoustique 2. Pendant les signaux de fin d'oscillation du transducteur qui peuvent avoir des niveaux de tension de 100V et plus, l'intensité du signal à l'extrémité d'un cycle d'écho est comprise dans une plage d'environ 1V. L'exploitation des deux signaux est compliquée car en plus des capteurs d'environnement utilisant les signaux d'écho on a également les signaux de fin d'excitation pour vérifier le fonctionnement du transducteur qui contiennent des informations caractéristiques. Du fait de l'augmentation croissante de l'intégration de capteurs acous- tiques dans les fonctions de systèmes concernant la sécurité, il est de plus en plus important de reconnaître et d'exploiter les dégradations de capteurs concernant la sécurité et les défaillances de capteurs en procédant à l'analyse du signal de fin d'excitation que l'on doit exploiter. Le document DE 10 2009 027 842 décrit la détection de la dégradation d'un transducteur liée à la saleté ou à d'autres couches de recouvrement en utilisant le signal de fin d'exploitation. Pour cela on détermine une information d'impulsion dans la fréquence momentanée et dans la dispersion pour exploiter cette information. Le principe de base de la détection acoustique de l'environnement consiste à tirer des conclusions de la variation de fréquence, de phases, d'amplitude des signaux sur la présence d'objets réfléchissants pour en tirer les conséquences. Le document DE 101 36 628 Al décrit un procédé ainsi qu'un dispositif de gestion d'un transducteur à ultrasons, qui génère un signal d'émission à l'aide d'un transformateur à partir d'une tension d'alimentation plus basse, le secondaire du transformateur étant découplé du circuit de réception du transducteur à ultrasons. Pour le découplage on utilise une paire de diodes à montage antiparallèle. Le document DE 25 51 979 décrit un émetteur-récepteur à ultrasons avec un circuit comportant un transformateur dont le pri- maire est branché en parallèle sur l'émetteur-récepteur à ultrasons du générateur à ultrasons, des diodes étant reliées à chaque extrémité du secondaire. Le signal réfléchi traverse les diodes ouvertes et arrive au secondaire du transformateur relié à un amplificateur. Pendant l'opération d'émission l'amplificateur est protégé par les diodes et par un signal de commande. Le document DE 198 36 997 A 1 décrit un circuit récep- teur dont le but est d'éviter des composants coûteux, comme par exemple des lignes de commande particulières ou des transformateurs avec plusieurs bobines et des prises. But de l'invention La présente invention a pour but de permettre l'analyse d'un système du type défini ci-dessus quant à son comportement d'amortissement avec une mise en oeuvre de circuit aussi réduite que possible. Exposé et avantages de l'invention A cet effet, la présente invention a pour objet un dispositif de capteur d'environnement comprenant un transducteur de signal, un chemin de réception relié directement au transducteur de signal pour transmettre les signaux reçus par le transducteur de signal à une unité d'exploitation et un transformateur. En d'autres termes, le problème est résolu selon l'invention par un dispositif de détecteur d'environnement comportant un transducteur de signal, par exemple un transducteur électroacous- tique et de préférence un transducteur à ultrasons. Le transducteur de signal est relié à un chemin de réception pour transmettre les signaux reçus par le transducteur à une unité d'exploitation. Le chemin de réception amplifie le signal du transducteur. En particulier, l'amplification se fait en fonction de la puissance du signal et/ou du temps de par- court pour alimenter l'unité d'exploitation toujours à un niveau de si- gnal approprié. De plus, le dispositif comporte un transformateur pour au moins dans une première plage de temps, transformer les signaux du transducteur (signaux de fin d'amortissement et/ou signaux reçus) et les fournir avec un premier niveau de tension à l'unité d'exploitation. Le transformateur peut faire partie du chemin d'émission du dispositif. Dans une seconde plage de temps, le dispositif fournit les signaux du transducteur de signal avec un second niveau de tension à l'unité d'exploitation. Le transformateur est pour cela adapté aux comportements de transduction ou est contourné complètement. Le transducteur est utilisé pour adapter des niveaux de tension très différents à la dy- namique de l'entrée de l'unité d'exploitation. Ainsi, à l'aide de la même unité d'exploitation on peut à la fois analyser le signal d'amortissement pour vérifier le fonctionnement du transducteur et aussi analyser les échos reçus pour détecter des objets dans l'environnement. Cette solu- tion a l'avantage que l'unité d'exploitation elle-même peut avoir une faible plage dynamique au niveau de ses entrées, ce qui permet l'utilisation de circuits économiques. Le dispositif fournit un signal électrique appliqué au premier côté du transformateur par le chemin d'émission (comprenant par exemple un amplificateur d'émission) vers le second côté du trans- formateur (côté opposé) pour l'appliquer au transducteur de signal. En d'autres termes, le transformateur est utilisé à l'émission pour augmenter la tension de sortie de l'amplificateur d'émission et appliquer le signal au transducteur. Selon l'invention, on utilise le même transformateur pour transformer les signaux du transducteur et les mettre à un niveau de tension plus bas et les évaluer à l'aide de l'unité d'exploitation. Cela réduit l'importance du circuit pour la réalisation de l'invention. De façon préférentielle, le dispositif mesure l'intensité et/ou la tension, notamment la phase entre l'intensité et la tension. Les grandeurs ci-dessus peuvent provenir du transducteur de signal à travers le transformateur pour être mis à un niveau de tension approprié pour l'exploitation du signal. Pour cela, les signaux sont appliqués à l'unité d'exploitation à travers le transformateur. En particulier, on me- sure l'intensité par une résistance-shunt du côté basse tension du transformateur. Ce shunt fait par exemple partie du circuit de courant d'émission qui comprend l'inductance du transformateur avec un nombre de spires plus réduit et un étage de puissance d'émission. En d'autres termes, le circuit d'émission comprend les deux bornes « plus » et « masse », l'inductance du transformateur avec le nombre réduit de spires et un transistor représentant l'étage de puissance d'émission, le courant principal passant de façon connue du collecteur à l'émetteur. En plus, la résistance shunt peut être reliée à la masse électrique pour mesurer l'intensité. Cela permet d'adapter les niveaux de tension élevée pendant l'excitation et pendant l'amortissement de la membrane du transducteur ainsi que les échos reçus, en fonction de l'unité d'exploitation en aval. De façon préférentielle, le dispositif comporte un circuit permettant de sélectionner le signal de sortie du transducteur, fourni par le transformateur et/ ou de transformer le signal de sortie du che- min de réception ou de l'amplificateur de réception et l'appliquer à l'unité d'exploitation. On peut également faire une sélection participative des deux signaux en ce que le circuit applique les signaux ci-dessus de manière décalée dans le temps à l'unité d'exploitation ou transmet simultanément avec une adaptation éventuelle de leur niveau. Cette so- lution a l'avantage de ne fournir chaque fois que le niveau de signal approprié dépendant de l'état de fonctionnement actuel de l'unité d'exploitation. Selon l'invention, le circuit peut transformer non pas le signal de sortie provenant du transformateur mais le signal de sortie du chemin de réception en réponse à - un instant prédéfini dans le cycle d'émission, et/ou - un dépassement vers le bas d'un niveau de signal prédéfini. Le circuit peut être sollicité en fonction d'un instant pré- défini dans le cycle d'émission et/ ou en fonction du dépassement vers le bas d'un niveau de signal prédéfini. Les conditions évoquées ci-dessus peuvent ainsi être considérées comme un seuil prédéfini et être appliquées. Ces conditions constituent une possibilité appropriée pour préparer le niveau appliqué au transducteur de signal pour l'exploitation. De façon préférentielle, un dipôle non linéaire est prévu entre le transformateur et le transducteur de signal. Le dipôle comporte par exemple deux diodes branchées selon un montage antiparallèle et qui est d'un côté relié à l'inductance du transformateur correspondant au nombre de spires le plus grand et de l'autre côté à la masse élec- trique. Pour des niveaux de signal élevé, comme par exemple à l'émission ou pendant le début de la phase d'amortissement, le dipôle non linéaire est conducteur de sorte que l'émission se fait pratiquement sans être gênée. Pour l'exploitation, on fournit les signaux prévus avec un niveau élevé par l'intermédiaire du transformateur à l'unité d'exploitation alors que pour un niveau de signal en-dessous de la ten- sion de blocage du dipôle non linéaire, on alimente l'unité d'exploitation uniquement par le chemin de réception. Cela constitue une possibilité simple du point de vue du circuit, économique et sûre pour commander l'application du signal en fonction du niveau. Suivant une autre caractéristique, le dispositif comporte un additionneur qui fournit le signal de sortie du chemin de réception et un signal de transducteur transformé par le transformateur à l'unité d'exploitation, ce qui évite une commutation dépendant du niveau. Si le dispositif comporte un amplificateur d'émission, sa sortie est reliée à l'inductance du transformateur qui présente le nombre de spires faible. Cela permet d'obtenir un signal d'émission approprié de niveau plus réduit à la sortie de l'amplificateur d'émission sans nécessiter un transformateur supplémentaire pour réaliser l'invention. En particulier, l'unité d'exploitation fait partie du dispositif et/ ou comporte un circuit intégré et notamment l'amplificateur d'émission est dans ce même circuit intégré. Suivant la réalisation d'une éventuelle boucle de réaction dans le chemin de réception, la partie du circuit intégré destinée à être couplée au transducteur se réalise uniquement avec trois ou quatre broches, ce qui réduit les coûts de fa- brication. Suivant une autre caractéristique, pendant l'opération d'émission, notamment également pendant l'amortissement de la membrane du transducteur de signal, l'unité d'exploitation analyse le signal provenant du transducteur. En plus, l'unité d'exploitation analyse l'écho reçu de l'environnement et identifie les objets de l'environnement contenus dans le signal de transducteur. De façon correspondante, toute l'analyse se fait en liaison avec la détection du champ environnant à l'aide d'une unique unité d'exploitation qui, de plus, doit pouvoir traiter une plage dynamique limitée appliquée à son entrée. Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un dispositif de capteurs de champ environnant représenté dans les dessins annexés dans lesquels : - la figure 1 montre un exemple de dispositif de capteurs de champ environnant du type concerné par l'invention, - la figure 2 montre un premier exemple de réalisation d'un dispositif de capteur de champ environnant selon l'invention, - la figure 3 montre un second exemple de réalisation d'un dispositif de capteur de champ environnant selon l'invention, - la figure 4 montre un troisième exemple de réalisation d'un dispo- sitif de capteur de champ environnant selon l'invention, - la figure 5 montre un quatrième exemple de réalisation d'un dispositif de capteur de champ environnant selon l'invention. Description de modes de réalisation La figure 1 montre le schéma d'un dispositif de capteur d'environnement 1 (encore appelé capteur de champ environnant). Le dispositif comporte un transducteur à ultrasons 2 comme transducteur de signal pour émettre et recevoir des signaux d'ultrasons 11. Le transducteur 2 est d'une part relié par l'une des inductances L1, L2 du transformateur 5 à l'amplificateur d'émission 3 de l'émetteur. Le trans- ducteur d'ultrasons 2 est d'autre part relié par une première capacité C1 et une première résistance ohmique R1 en série avec cette capacité à l'entrée d'un amplificateur de réception 4 du chemin de réception. L'amplificateur de réception 4 est couplé en retour à travers une se- conde résistance ohmique R2. La sortie de l'amplificateur de réception 4 est reliée à une unité d'exploitation 6. Quatre broches Pl, P2, P3, P4 sont représentées sur une ligne en pointillés ; ces broches correspondent aux entrées et aux sorties d'un circuit intégré situé à droite de cette ligne en traits interrompus. Le transformateur 5 du dispositif 1 transforme les signaux fournis par l'amplificateur d'émission 3 à un ni- veau de tension plus élevé pour avoir un niveau d'émission dans une plage d'environ 100V pour l'émission par l'intermédiaire du transducteur à ultrasons 2. Il n'y a pas d'autres fonctions pour le transformateur 5 car toutes les opérations d'émission se font par le chemin d'émission et par l'amplificateur d'émission 4. La figure 2 montre un dispositif 1 selon l'invention par comparaison avec celui de la figure 1. Le dispositif 1 comporte en outre un chemin de signal 7 reliant la première inductance L 1 du transformateur 5 à l'unité d'exploitation 6. Les signaux reçus du transducteur à ultrasons 2 peuvent être mis à un niveau de tension plus bas par le transformateur 5 pour être ensuite appliqués à l'unité d'exploitation 6. L'unité d'exploitation 6 permet de cette manière de détecter par exemple des détériorations du capteur qui se répercutent dans le signal d'émission et d'amortissement de la membrane du transducteur à ul- trasons 2. La figure 3 montre une variante de réalisation du dispositif 1 selon l'invention qui diffère du dispositif 1 de la figure 2 par un commutateur 8. Le commutateur 8 permet de fournir à l'installation d'exploitation 6 le signal de réception transformé soit par l'amplificateur d'émission 4, soit par le transformateur 5. De plus, la figure 3 montre une variante du circuit électrique pour la première inductance L 1 du transformateur et de l'amplificateur d'émission 3. Dans le montage de la figure 3, l'inductance L1 est reliée par une borne à la masse électrique alors que dans le montage de la figure 2, la première inductance L1 est reliée aux deux bornes de l'amplificateur d'émission 3. La figure 4 montre d'autres variantes sous la forme d'un autre exemple du dispositif 1 selon l'invention. Dans ce cas, l'installation de commutation ou commutateur 8 de la figure 3 est remplacé par un additionneur 9. On évite ainsi des opérations de commuta- tion et d'avoir à fixer des instants de commutation appropriés. De plus, la seconde inductance L2 du transformateur 5 est reliée d'un côté par un dipôle non linéaire 10 à la masse électrique. Le dipôle non linéaire 10 se compose de deux diodes D1, D2 en montage antiparallèle. Pour des tensions faibles, inférieures à la tension passante des diodes D1, D2, aucun courant ne traverse la seconde inductance L2. Pour des ten- sions supérieures à la tension de blocage, les diodes D1, D2 sont conductrices et permettent le passage du courant de sorte que les signaux du transducteur à ultrasons 2 seront transformés par le transformateur 5 pour être appliqués à l'unité d'exploitation 6. On élargit de cette ma- nière la plage dynamique des signaux traités par le circuit intégré (cir- cuit à la droite de la ligne verticale en traits interrompus) c'est-à-dire par l'unité d'exploitation 6. La mesure de la progression de l'amortissement de la membrane du transducteur à ultrasons 2, à la sortie du transducteur 2 on aura un niveau de tension qui, sans une telle transformation dans le sens descendant, serait appliqué directe- ment par le chemin de réception ou l'amplificateur de réception 4 à l'unité d'exploitation 6 et pourrait solliciter celle-ci de manière excessive. La figure 5 montre un autre exemple de réalisation d'un dispositif 1 selon l'invention danS lequel l'émetteur composé de l'amplificateur d'émission 3 est relié par le chemin de réception supplémentaire 7a, 7b de façon alternative à l'unité d'exploitation 6 et à la première inductance L1. Le circuit d'émission comprend ainsi la tension d'alimentation UB, la bobine L2, le transistor T représentant l'étage de puissance d'émission et la résistance-shunt R3 reliée à la masse ; le courant principal passe comme cela est connu par le collecteur à l'émetteur dans le transistor T. La sortie de l'amplificateur d'émission 3 est reliée à la base du transistor T dont le collecteur est relié par la première partie 7A du chemin de réception supplémentaire 7 à la pre- mière inductance L 1 et à l'installation de commutation 8. L'émetteur du transistor T est relié par l'intermédiaire d'une troisième résistance ohmique R3 à la masse électrique. De plus, l'émetteur est relié par la seconde partie 7B du chemin de réception supplémentaire 7 à l'unité d'exploitation 6. La seconde borne de la première inductance L1 est re- liée à la tension d'alimentation UB. Le montage, tel que représenté, permet de mesurer l'intensité du courant pendant l'émission. La tension aux bornes de la résistance R3 à l'émetteur du transistor T est une mesure de l'intensité du courant d'émission. La marque de phase de la tension d'émission injectée dans le transistor T est habituellement con- nue de la commande (non représentée). On peut conclure à l'état du transducteur à ultrasons 2 ou à la présence d'objets réfléchissants, à proximité, par la seule phase de l'intensité du courant d'émission par rapport à la phase de la tension d'émission. Il existe des formes plus complexes d'amplificateurs d'émission 3. Par exemple, on connaît des étages de puissance push- pull où le mode A/AB. En particulier pour des étages de puissance qui ne fonctionnent pas en mode de commutation pur, on peut en plus de la mesure de l'intensité du courant d'émission également utiliser une mesure de la tension d'émission simultanée, ce qui améliore la détermi- nation de l'état du transducteur ou de la détection d'objets réfléchis- sants se trouvant dans l'environnement immédiat du transducteur. A partir du rapport entre l'intensité du courant d'émission et la tension d'émission on peut déterminer le rendement à l'émission à l'aide du transducteur à ultrasons 2. En plus, dans le cas d'objets ayant une ré- flexion connue, partant de l'évolution des signaux de réception si les objets se déplacent devant le transducteur à ultrasons 2 on peut notamment tirer des conclusions quant au rendement du système du transducteur à ultrasons 2 et/ ou de l'amortissement dans le milieu (par exemple l'air). Selon des développements, on peut fixer différemment la limite entre le circuit intégré (circuit intégré IC à droite de la ligne verti- cale en trait interrompu dans les figures) et le circuit extérieur. Par exemple, le circuit d'exploitation 6 peut se réaliser de manière externe ou dans le circuit intégré. Il convient également de remarquer que l'application de la présente invention ne se limite pas exclusivement au domaine des ul- trasons, mais les exemples décrits ci-dessus peuvent également se faire avec d'autres signaux. Par exemple, on peut également appliquer l'invention à des exemples de réalisation analogues dans le domaine des signaux audibles.35 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Dispositif de capteur d'environnement 2 Transducteur de signal 3 Chemin d'émission 5 Transformateur 6 Unité d'exploitation Cl, R1, R2, 4 Chemin de réception R3 Shunt de mesure de l'intensité10 REVENDICATIONS1°) Dispositif (1) de capteur d'environnement comprenant un transducteur de signal (2), un chemin de réception (Cl, R1, R2, 4) relié directement au trans- ducteur de signal (2) pour transmettre les signaux reçus par le transducteur de signal (2) à une unité d'exploitation (6), et - un transformateur (5), dispositif caractérisé en ce que dans une première plage de temps, il fournit les signaux du transduc- teur (2) par le transformateur (5) avec un premier niveau de tension à l'unité d'exploitation (6), et dans une seconde plage de temps, il transmet les signaux du transducteur (2) à l'unité d'exploitation (6) avec un second niveau de tension. 2°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il fournit un signal électrique appliqué au premier côté du transformateur (5) par un chemin d'émission (3), par le second côté du transformateur (5) au transducteur de signal (2). 3°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il mesure l'intensité et/ou la tension, notamment la relation de phase entre l'intensité et la tension provenant du transducteur de signal (2) par le transformateur (5), en utilisant un shunt (R3), notamment pour mesurer l'intensité. 4°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comprend en outre un circuit (8) pour sélectionner un signal de sortie du transducteur de signal (2) transformé par le transformateur (5) et/ou pour transformer le signal de sortie du chemin de réception (C1, R1, R2, 4).355°) Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit (8) transforme non pas le signal de sortie provenant du transformateur (5) mais le signal de sortie du chemin de réception (C1, R1, R2, 4) en réponse à - un instant prédéfini dans le cycle d'émission, et/ou - un dépassement vers le bas d'un niveau de signal prédéfini. 6°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un dipôle non linéaire (10) entre le transformateur (5) et le transducteur de signal (2) qui comporte notamment deux diodes (D1, D2) en montage antiparallèle. 7°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il comporte en outre un additionneur (8) pour fournir le signal de sortie du chemin de réception (Cl, R1, R2, 4) et le signal du premier côté du transformateur (5) à l'unité d'exploitation (6). 8°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur (5) transforme le signal de sortie de l'amplificateur d'émission (3) à un niveau de tension plus élevé et l'applique au trans- ducteur de signal (2). 9°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'unité d'exploitation (6) fait partie du dispositif (1) et/ ou comporte un circuit intégré et notamment l'amplificateur d'émission (3) fait partie du circuit intégré. 10°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce quel'unité d'exploitation (6) analyse le signal provenant du transducteur de signal (2) pendant l'opération d'émission et/ou pendant l'atténuation de l'oscillation de la membrane du transducteur de signal (2). 11°) Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu' il est appliqué à des capteurs d'environnement dans une application à l'automobile et le transducteur de signal (2) est un transducteur à ultrasons.10