Brevet FR3020679A1 — publié le 20151106

La présente invention concerne un dispositif de détection tel qu'un dispositif de détection de la pression d'un pneumatique d'une roue de véhicule. Il existe des dispositifs de détection qui sont alimentés en énergie par un dispositif d'acquisition déporté au moyen de signaux électromagnétiques alternatifs et qui communiquent avec le dispositif d'acquisition par ces mêmes signaux. Un tel dispositif de détection comprend généralement au moins un capteur pour produire un signal électrique de sortie en réaction à son environnement, une unité d'alimentation reliée au capteur par une ligne de sortie et à une antenne par une ligne d'entrée pour transformer un signal sinusoïdal reçu par l'antenne en un signal continu d'alimentation du capteur. L'unité d'alimentation comprend un pont redresseur, un condensateur et au moins une diode Zener ou un régulateur pour définir une tension continue de référence pour l'alimentation du capteur. Le dispositif de détection comprend une unité de modulation reliée au capteur et à la ligne d'entrée pour moduler l'impédance d'entrée (en tension et/ou courant) du dispositif de détection en fonction d'au moins une information binaire caractéristique des mesures faites par le capteur (par exemple modulation par back-scattering). Lorsque le capteur est alimenté, il produit un signal de sortie qui dépend de la tension de référence qui l'alimente et de la grandeur à laquelle le capteur est sensible, comme la pression de l'air qui l'environne. Le dispositif de détection comporte également un convertisseur analogique - numérique et un circuit de traitement de type FPGA pour fournir le signal binaire de sortie caractéristique des mesures du capteur, ainsi qu'éventuellement des mesures de surveillance du dispositif de détection lorsque celui- ci incorpore des moyens de test de type « Built-In- Test ». Le dispositif d'acquisition, qui correspond au calculateur déporté qui reçoit et traite la ou les mesures faites par le dispositif de détection, envoie un signal sinusoïdal vers la ligne d'entrée du dispositif de détection (éventuellement par une liaison filaire telle qu'une paire torsadée blindée de grande longueur et un ou plusieurs couplages électromagnétiques par antennes) afin d'alimenter le dispositif de détection quand l'unité d'acquisition a besoin des mesures du capteur. Le signal de sortie binaire est transmis au dispositif d'acquisition par l'unité de modulation qui va provoquer une modulation de l'impédance d'entrée du dispositif de détection (ou « back-scattering »), modulation qui sera détectée par le dispositif d'acquisition sous forme de variations d'amplitude en tension ou en courant du signal sinusoïdal fourni, cette variation d'amplitude se faisant au même rythme que le signal de sortie binaire transmis par le dispositif de détection. Différents types de codage binaire peuvent être utilisés pour transmettre l'information (par exemple NRZ, Manchester...). Le signal reçu par le dispositif d'acquisition est alors traité (démodulé et interprété) pour en extraire le signal de sortie binaire contenant les résultats de mesures faites par le capteur du dispositif de détection. La modulation de l'impédance d'entrée du dispositif de détection au cours de la transmission du signal sinusoïdal engendre des ondulations de la tension en entrée de l'unité d'alimentation du dispositif de détection. Ces ondulations proviennent d'une part d'un résiduel de la tension alternative reçue en entrée par l'antenne du dispositif de détection et d'autre part d'une variation de la tension d'entrée induite par la modulation de l'impédance d'entrée du dispositif de détection lors du transfert des données vers le dispositif d'acquisition. Ces ondulations peuvent être importantes et perturber le fonctionnement du circuit de traitement, par exemple réduire la précision des mesures physique faites par le capteur. Lors des chutes de tension, les différents composants qu'alimente l'unité d'alimentation tirent sur le condensateur dont la tension chute. Le condensateur permet de maintenir la tension en entrée du capteur à un niveau suffisant pour l'alimentation de la tension de référence du capteur de sorte que la capacité du condensateur est déterminante dans le maintien des performances du capteur. On a pensé, pour sécuriser le bon fonctionnement du capteur, à augmenter la capacité du condensateur, ce qui permet de mieux filtrer le résiduel de la composante alternative et de réduire l'impact de la variation de tension au cours de la modulation. Ceci revient à utiliser un condensateur de plus fort encombrement incompatible avec la place disponible dans le capteur, notamment pour une application de détection de pression d'un pneumatique de roue de véhicule. En outre, dans cette dernière application, la température de fonctionnement s'élève jusqu'à 175°C pour une roue d'atterrisseur d'aéronef. Or, à ces températures, il est difficile de trouver des condensateurs de forte capacité et de faible encombrement, les technologies répondant à cette double contrainte étant incompatibles des hautes températures. Un but de l'invention est de fournir un moyen pour garantir un bon fonctionnement d'un tel dispositif de détection. A cet effet, on prévoit, selon l'invention, un dispositif de détection comprenant un capteur pour produire un signal électrique de sortie en réaction à son environnement, une unité d'alimentation reliée au capteur par une ligne de sortie et à une antenne par une ligne d'entrée pour transformer un signal sinusoïdal reçu par l'antenne en au moins un signal continu d'alimentation du capteur, et une unité de modulation reliée au capteur et à la ligne d'entrée pour moduler une impédance d'entrée du dispositif de détection en fonction du signal de sortie du capteur. L'unité d'alimentation comprend au moins un composant de définition d'une tension de référence pour l'alimentation du capteur. L'unité d'alimentation comprend un multiplieur agencé pour que la tension en sortie de celui-ci soit toujours suffisante pour que la tension de référence soit sensiblement constante malgré la modulation d'impédance appliquée par l'unité de modulation. Ainsi, le multiplieur fournit une tension suffisante pour alimenter le capteur malgré les chutes de tension résultant de la modulation. Le multiplieur permet donc d'augmenter le niveau de tension fourni par l'antenne afin que le niveau de tension en sortie du multiplieur reste suffisant pendant la modulation. Il n'y a par conséquent aucune chute de tension continue pendant la modulation. Il n'est dès lors pas nécessaire de prévoir un stockage d'énergie (capacité de grande valeur ayant un fort encombrement surtout avec les températures à atteindre) pour maintenir l'alimentation. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront à la lecture de la description qui suit de modes de réalisation particuliers non limitatifs de l'invention. Il sera fait référence aux dessins annexés, parmi lesquels : - la figure 1 est une vue schématique du dispositif de détection selon l'invention ; - la figure 2 est une vue partielle du circuit électronique de ce dispositif de détection. En référence aux figures, l'invention est ici décrite en application à un dispositif de détection, généralement désigné en 1, destiné à être monté sur une roue de véhicule pour détecter la pression de gonflage d'un pneumatique de cette roue. Le dispositif de détection est agencé pour être alimenté par une unité d'acquisition ou de pilotage 100 montée sur une partie du véhicule supportant la roue et pour transmettre un signal de sortie à l'unité de pilotage 100. L'unité de pilotage 100 est reliée à une antenne par exemple par une liaison filaire (blindée ou non). Plusieurs couplages successifs par antennes peuvent également exister entre le dispositif de pilotage 100 et le dispositif de détection 1, par exemple pour passer de la partie fixe du véhicule à la roue. Le dispositif de détection 1 comprend ici un capteur 10 (mais le dispositif pourrait en comprendre plusieurs) agencé pour produire un signal électrique de sortie en fonction à la pression du gaz contenu dans le pneumatique, une unité d'alimentation 20 reliée au capteur 10 par une ligne de sortie 30 et à une antenne 40 par une ligne d'entrée 50, et une unité de modulation 60 reliée à l'antenne 40 et à l'unité d'alimentation 20 pour moduler une impédance d'entrée du dispositif de détection 1 en fonction du signal binaire à transmettre par le dispositif de détection. L'unité d'alimentation 20 est reliée à l'antenne 40 par un étage d'entrée de compatibilité électromagnétique 70 comportant par exemple un ensemble de condensateurs 71 en parallèle pour filtrer les perturbations hautes fréquences en provenance de l'antenne 40. L'étage d'entrée est dans l'exemple monté en mode commun mais l'ensemble du dispositif pourrait être défini en mode différentiel. Le capteur 10 comprend un élément sensible à la pression 11 agencé pour pouvoir être monté sur la valve du pneumatique, et une unité d'acquisition 12. L'unité convertisseur analogique traitement 14 pour produire coder (ici selon la méthode Le circuit de traitement 14 utilisé pour paramétrer le sensible 11 est relié à une branche 31 de la ligne d'acquisition 12 comporte un numérique 13 et un circuit de le signal de sortie binaire à Manchester) et à transmettre. peut en outre être également convertisseur 13. L'élément l'unité d'alimentation 20 par de sortie 30 pour recevoir un signal de tension Vl et à l'entrée du convertisseur analogique - numérique 13. Le convertisseur analogique - numérique 13 est relié au circuit de traitement 14 pour recevoir son paramétrage et/ou renvoyer les données acquises. Le circuit de traitement 14 est de type FPGA (ou en variante microcontrôleur) et est relié à l'unité d'alimentation 20 par une branche 32 de la ligne de sortie 30 pour recevoir un signal de tension V2 et par une branche 33 de la ligne de sortie 30 pour recevoir un signal de tension V3. Les tensions V2 et V3 sont les tensions nécessaires au fonctionnement du circuit de traitement 14 (tensions d'entrée-sortie et tension du coeur numérique dudit circuit de traitement 14). Le convertisseur analogique numérique 13 est alimenté par la tension V1 et utilise en outre le signal de tension Vl comme tension de référence du convertisseur analogique-numérique pour numériser le signal provenant de l'élément sensible 11 afin d'obtenir une mesure ratio-métrique de la grandeur physique mesurée par le capteur. Le circuit de traitement 14 est agencé pour émettre, selon un protocole prédéfini, les commandes nécessaires pour définir les paramètres d'acquisition du convertisseur analogique - numérique 13, de lancer l'acquisition, de récupérer les données acquises, de coder les données et de moduler l'impédance d'entrée du dispositif de détection via l'étage de modulation. De manière générale, le dispositif de détection comprend également un dispositif de réinitialisation permettant de garantir un niveau des différentes alimentations suffisant pour garantir un bon fonctionnement ainsi qu'un générateur de signal d'horloge 80 permettant de générer un signal horloge H pour le circuit de traitement 14 à partir du signal alternatif récupéré via l'antenne 40 du dispositif de détection. La réinitialisation à proprement parler du capteur étant gérée par la coupure de la tension alternative en sortie de l'unité de pilotage 100. Lorsque le signal de réinitialisation est actif, celui-ci provoque l'interruption du fonctionnement du circuit de traitement 14. Le capteur 10 étant connu en lui-même, il ne sera pas plus décrit ici. L'unité de modulation 60 est reliée au circuit de traitement 14 et à la ligne d'entrée 50, entre l'étage d'entrée 70 et l'unité d'alimentation 20. L'unité de modulation 60 comprend une résistance 61 agencée pour être utilisée pour engendrer une modulation d'impédance sur la ligne d'entrée 50 (procédé dit « back- scattering »). Le circuit de traitement 14 pilote un transistor MOS 62 lié à la résistance 61 de l'unité de modulation 60 de telle manière que la modulation d'impédance corresponde au signal de sortie binaire construit par le circuit de traitement 14 et soit détectable par l'unité de pilotage 100. Bien entendu, d'autres principes de modulation peuvent être proposés et par exemple la modulation d'une capacité par un commutateur bidirectionnel. L'unité d'alimentation 20 est agencée pour transformer un signal sinusoïdal reçu par l'antenne 40 par exemple en trois signaux continus d'alimentation du capteur 10, à savoir les signaux V1, V2, V3. Les signaux V1, V2, v3 sont issus de trois circuits de définition de tension 21, 22, 23 respectivement. Chaque circuit de définition de tension 21, 22, 23 comprend un régulateur shunt (aussi appelé diode shunt) 211, 221, 231 et un condensateur 212, 222, 232 monté en parallèle du régulateur shunt 211, 221, 231. La tension V1 vaut par exemple 3,3 V, la tension V2 2,5 V, la tension V3 1,2 V. Ces dispositifs peuvent être améliorés par l'ajout de transistor permettant de stabiliser les régulateurs shunt en limitant le courant traversant ceux-ci. L'unité d'alimentation 20 comprend un multiplieur 24 agencé pour que la tension à la cathode des régulateurs shunt 211, 221, 231 soit toujours suffisante pour que la tension des signaux de tension V1, V2, V3 soient sensiblement constante malgré la modulation d'impédance appliquée par l'unité de modulation 60. Ceci est obtenu en garantissant qu'un courant suffisant (et non nul) passe dans les régulateurs shunt 211, 221, 231 quelles que soient les consommations des charges sur ces régulateurs et quelle que soit la tension en entrée du dispositif de détection. Le multiplieur 24 comprend un premier condensateur ou condensateur d'entrée 241 relié en série à la ligne d'entrée 50 et à l'anode d'une première diode 242 dont la cathode forme la sortie du multiplieur 24. Le multiplieur 24 comprend également un deuxième condensateur 243 relié à l'anode de la diode 242 et à la masse et une deuxième diode 242' ayant une anode reliée à la masse et une cathode reliée entre le condensateur 241 et la cathode de la diode 242. Le multiplieur 24 assure ainsi une multiplication (ici d'un facteur d'environ 2) et un redressement de la tension d'entrée. La capacité 243 permet également de réaliser un premier lissage de la tension d'entrée fournie par l'antenne 40, ce qui permet de réduire fortement l'ondulation résiduelle du courant fourni au reste du circuit via la résistance 244 montée en sortie du multiplieur 24. Cela permet ainsi d'avoir une meilleure stabilité dynamique des tensions V1, V2 et V3 fournies par les régulateurs shunt 211, 221 et 231. La résistance 244 est optionnelle et peut donc éventuellement être supprimée. En sortie du multiplieur 24 est relié, via la résistance 244, un générateur de courant 25 pour fixer une intensité du courant constant circulant dans le dispositif de détection sur la ligne 30 et donc dans les circuits de définition de tension 21, 22, 23, et plus généralement dans tous les circuits du dispositif consommant du courant. L'intensité est fixée à la valeur maximale qui est nécessaire au bon fonctionnement du dispositif et qui est définie par le courant maximum consommé en sortie des différents régulateurs shunt et du courant minimum nécessaire au bon fonctionnement de ces régulateurs shunt. Le générateur de courant 25 comprend en série sur la ligne 30 une résistance 251 et un transistor 252 ayant son émetteur relié à la résistance 251 et son collecteur relié au circuit de définition de tension 22. Le générateur de courant 25 comprend également une première branche s'étendant entre la ligne 30 en amont de la résistance 251 et la masse et comportant en série une résistance 253 reliée à la masse, un transistor 254 relié à la résistance 253 par son collecteur et un régulateur shunt 255, relié à l'émetteur du transistor 254. Le générateur de courant 25 comprend en outre une deuxième branche s'étendant entre la base du transistor 252 et la masse et comportant une résistance reliée à la masse à la base du transistor 252 et à la base du transistor 254. Les transistors 254 et 252 sont appariés afin d'obtenir des tensions base-émetteur proches sur toute la gamme de température de fonctionnement du dispositif de détection. La tension aux bornes de la résistance 251 est alors sensiblement égale à la tension de référence du régulateur shunt 255, ce qui définit le courant consommé en sortie du multiplieur 24, la consommation dans la branche du régulateur 255 étant maintenue négligeable grâce à la valeur de résistance 253. Ce montage a l'intérêt de stabiliser la consommation globale du dispositif de détection quelle que soit l'amplitude de la tension d'entrée obtenue via l'antenne 40. Le générateur de courant a ainsi une fonction de limiteur de courant qui permet d'assurer une consommation sensiblement constante quelle que soit la tension d'entrée (qui est potentiellement fortement variable) et de limiter la dissipation inutile dans les références de tension quand la tension d'entrée est élevée (le transistor série du limiteur de courant sera potentiellement le seul composant assurant une dissipation importante). Les différentes capacités de l'unité d'alimentation 20 sont choisies de manière à limiter les ondulations des signaux de tension V1, V2, V3. Les condensateurs sont ici des condensateurs céramiques dont la tenue en température est adaptée aux conditions d'utilisation du dispositif de détection 1 (jusqu'à 175°C en fonctionnement). Grâce au multiplieur 24 la fonction principale de ces condensateurs n'est plus le stockage d'énergie mais le filtrage, ce qui permet d'en limiter fortement la valeur et donc l'encombrement. Le dispositif de détection 1 comprend également un générateur 80 d'un signal d'horloge H (déjà évoqué plus haut) envoyé au circuit de traitement 14. Le générateur 80 est relié à la ligne d'entrée 50 et reçoit le signal de tension V2. Le signal d'horloge H est utilisé classiquement par le circuit de traitement 14 lors de son fonctionnement. Le générateur 80 comprend ici comprend une résistance 81 reliée à la masse et à l'anode d'une première diode 82 dont la cathode est reliée à la ligne d'entré 50 entre l'étage d'entrée 70 et l'unité de modulation 60. Une deuxième diode 83 a sa cathode reliée à la branche 32 de ligne de sortie et son anode raccordée entre la résistance 81 et l'anode de la première diode 82. Le signal H est prélevé à l'anode de la diode 83. L'anode de la première diode 82 est alors soumise à la tension d'entrée tandis que l'anode de la deuxième diode 83 est alors soumise à la tension V2. Ce montage permet de fournir un signal d'horloge à l'unité de traitement 14 basé sur la fréquence du signal reçu par l'antenne 40 et avec des niveaux de tensions compatibles avec la tension d'alimentation V2 de l'unité de traitement 14. Une porte logique peut être ajoutée entre le circuit d'horloge 80 et le circuit de traitement 14 afin de limiter l'impact des courants de fuite en entrée du circuit de traitement 14. L'invention permet de garantir ce bon fonctionnement même avec une forte variabilité de la tension reçue par l'antenne 40 en entrée du dispositif de détection, en réduisant fortement le niveau résiduel de la tension alternative d'entrée et en annulant toute variation de tension au cours de la modulation, avec une surface de capteur réduite et dans un environnement sévère (température élevée). Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits mais englobe toute variante entrant dans le champ de l'invention telle que définie par les revendications. En particulier, le générateur de courant n'est pas indispensable et pourrait être remplacé par exemple par une résistance de limitation du courant dont la valeur serait définie par les mêmes contraintes sur la consommation. Ce circuit 25 peut également être constitué d'une structure en miroir de courant. La résistance 61 peut être remplacée par toute impédance permettant une modification de l'impédance d'entrée du dispositif de détection. La résistance 244 est facultative. Le circuit de réinitialisation peut également nécessiter une porte logique afin de s'adapter au courant de fuite en entrée de l'unité de traitement 14. L'ensemble de la structure d'entrée, dont le multiplieur, peuvent être en structure mode différentielle selon les nécessités de tenue aux environnements électromagnétiques et à la foudre. D'autres structures de multiplieurs sont en outre envisageables. L'invention est utilisable dans le cadre de la détection d'autres grandeurs physiques que la pression et par exemple à la mesure de température du gaz des pneus en parallèle de la mesure de pression ou une mesure de déformation. Plus généralement, l'invention est applicable à l'alimentation d'un capteur via une antenne, en particulier dans le cas d'une modulation du résultat de mesure par back-scattering ou tout procédé de modulation des signaux d'entrée du capteur (tension, courant, impédance), et ce quelle que soit la grandeur physique détectée. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection comprenant un capteur pour produire un signal électrique de sortie en réaction à son environnement, une unité d'alimentation reliée au capteur par une ligne de sortie et à une antenne par une ligne d'entrée pour transformer un signal sinusoïdal reçu par l'antenne en au moins un signal continu d'alimentation du capteur, et une unité de modulation reliée au capteur et à la ligne d'entrée pour moduler une impédance d'entrée du dispositif de détection en fonction du signal de sortie du capteur, l'unité d'alimentation comprenant au moins un composant de définition d'une tension de référence pour l'alimentation du capteur, caractérisé en ce que l'unité d'alimentation comprend un multiplieur agencé pour que la tension en sortie de celui-ci soit toujours suffisante pour que la tension de référence soit sensiblement constante malgré la modulation d'impédance appliquée par l'unité de modulation. 2. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel le multiplieur (24) comprend un premier condensateur (241) relié en série à la ligne d'entrée (50) et à l'anode d'une première diode (242) ayant une cathode formant la sortie du multiplieur, un deuxième condensateur (243) relié à l'anode de la première diode et à la masse et une deuxième diode (242') ayant une anode reliée à la masse et une cathode reliée entre le premier condensateur (241) et la cathode de la première diode (242). 3. Dispositif selon la revendication 1 ou la revendication 2, dans lequel le composant de définition de la tension de référence est une diode Zener ou un régulateur shunt. 4. Dispositif selon la revendication 3, danslequel un condensateur est monté en parallèle du composant de définition de la tension de référence. 5. Dispositif selon la revendication 1, dans lequel l'unité d'alimentation comprend un générateur de courant (25) pour fixer une intensité du courant circulant dans le dispositif de détection, afin de limiter la consommation en courant du dispositif de détection ainsi que la dissipation thermique des composants qui le constitue, tout en garantissant le fonction.