FR2921166A1 - Dispositif et procede de redressement double alternance de precision amelioree - Google Patents

Abstract

L'invention concerne notamment les capteurs de position du type à différence d'induction variable linéairement. Lorsque la précision recherchée et les contraintes de coût nécessitent une démodulation asynchrone du signal de mesure en sortie du circuit inductif, il est avantageux de remplacer les deux résistances appairées du montage de redressement double alternance par un amplificateur d'instrumentation dont la référence est utilisée pour avoir en sortie un signal dont l'amplitude est égale à deux fois l'amplitude du signal de sortie du montage redresseur mono-alternance traditionnel moins le signal d'entrée.

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE REDRESSEMENT DOUBLE ALTERNANCE DE PRECISION AMELIOREE

La présente invention s'applique aux dispositifs et procédés de traitement des signaux en sortie de capteurs de position notamment du type à différence d'induction variable linéairement. Ces capteurs sont généralement désignés par leur nom anglais Linear Variable Differential Transformer ou LVDT. Les capteurs de ce type sont normalement constitués par un transformateur comprenant un circuit primaire auquel on fournit un courant alternatif et deux circuits secondaires dans lesquels une pièce ferromagnétique en mouvement linéaire génère des signaux dont la démodulation va permettre l'acquisition de la mesure du déplacement de la pièce en mouvement. Ces capteurs et leur électronique de conditionnement peuvent avoir de nombreuses applications : le contrôle d'ouvrages d'art, le contrôle de la production de pièces mécaniques, la mesure de niveau d'un liquide en cuves, le contrôle de la position des commandes d'un véhicule, par exemple une automobile, un navire ou un aéronef. Le traitement du signal pourra être différent en fonction de la précision et de la fiabilité recherchées pour une application donnée. Bien qu'elle s'applique au traitement des signaux de tout type de LVDT, la présente invention sera spécialement avantageuse pour les applications de contrôle des commandes de vol d'un aéronef pour lesquelles les spécifications imposent le choix de circuits coûteux. Pour réduire le coût des composants, il est connu de remplacer une démodulation synchrone classique, qui pour des applications aéronautiques imposerait le recours à des transformateurs à tolérance de déphasage garantie, par une démodulation asynchrone. Là encore cependant, la nécessité d'insérer des résistances appairées pour contrôler le gain des amplificateurs opérationnels utilisés pour le redressement renchérit de manière notable le coût des dispositifs. Le problème qu'a résolu la demanderesse est une réduction sensible de ce coût sans dégradation de la performance de contrôle. A cette fin, la présente invention propose un dispositif de redressement des deux alternances d'un signal d'entrée comprenant au moins un couple 35 d'amplificateurs opérationnels, un couple de diodes et une résistance formant ensemble un agencement pour redresser ledit signal, caractérisé en ce qu'il comprend en sortie dudit agencement un amplificateur d'instrumentation ayant pour référence le signal de sortie de l'agencement de redressement.

Elle propose également un procédé d'utilisation dudit dispositif. L'invention permet donc d'éviter le recours à des résistances appairées. En outre cela présente le double avantage d'une plus grande reproductibilité industrielle du montage et d'une insensibilité à l'évolution ultérieure des caractéristiques des composants.

L'invention sera mieux comprise et ses différentes caractéristiques et avantages ressortiront de la description qui suit de plusieurs exemples de réalisation et de ses figures annexées dont : La figure 1 représente le schéma général d'un LVDT ; La figure 2 représente le signal en sortie d'un exemple de redresseur 15 à deux alternances ; La figure 3 représente le schéma de principe d'un redresseur à deux alternances de l'état de l'art ; La figure 4 représente le schéma de principe d'un redresseur à deux alternances selon l'invention. 20 Sur les 3 figures 1.1, 1.2 et 1.3 un capteur 100 de position à différence d'induction variable linéairement est représenté dans trois positions différentes. Il comprend un générateur 110 de courant alternatif alimentant un bobinage primaire 120 dénommé signal d'excitation. Un signal est créé dans les deux bobinages secondaires 130 et 140 par le déplacement du 25 noyau ferromagnétique 150 qui est solidaire de la pièce dont on veut mesurer le déplacement. Dans ce mode de réalisation, les deux bobinages sont montés en série mais en opposition de sorte que c'est la différence des courants des bobinages secondaires qui est mesurée. Sur la figure 1.1, le noyau est au maximum de sa course à gauche et le courant en sortie de la 30 paire des secondaires 130, 140 est égal à la différence du courant aux bornes du bobinage secondaire de gauche 130 et du courant aux bornes du bobinage secondaire de droite 140. Sur la figure 1.2, le noyau est au repos, dans une position neutre et le courant en sortie de la paire des secondaires 130, 140 est nul. Sur la figure 1.3, le noyau est au maximum de sa course à 35 droite et le courant en sortie de la paire des secondaires 130, 140 est égal à la différence du courant aux bornes du bobinage secondaire de droite 140 et du courant aux bornes du bobinage secondaire de gauche 130. Il existe une grande variété de LVDT pour mesurer des courses de quelques micromètres à quelques dizaines de centimètres. La course du noyau est bornée de manière à ce que les variations du courant soient proportionnelles à ses déplacements. Sur la figure 2 sont représentées les grandeurs caractéristiques du fonctionnement du capteur. La figure 2.1 représente la variation de l'amplitude du signal analogique différentiel induit dans le montage secondaire par l'excitation du bobinage primaire en fonction de la course du noyau. La figure 2.2 représente le déphasage du signal du circuit secondaire par rapport au signal d'excitation également en fonction de la course du noyau. La précision de l'acquisition des données de position par un LVDT dépend donc notamment de la fréquence d'excitation du signal dans le circuit primaire - qui doit être choisie de manière à minirniser le bruit dans la chaîne de mesure û et de la qualité de la démodulation du signal en sortie du capteur. La démodulation peut être réalisée de manière synchrone : après amplification sélective du signal dans la bande de fréquence de l'excitation et avant moyennage des échantillons avec une constante de temps suffisante, le signal en sortie du capteur est directement multiplié par le signe du signal d'excitation. Cette technique se heurte cependant, à partir d'un certain niveau de précision (typiquement pour une précision meilleure que 0,5%), à des difficultés liées à la maîtrise du déphasage des signaux entre les deux secondaires. Pour surmonter ces difficultés, on peut être conduit soit à utiliser des composants dont les déphasages sont garantis soit à limiter la plage d'utilisation à des valeurs où ces déphasages sont acceptables. Une autre manière connue de s'affranchir de ces difficultés consiste à utiliser une technique de démodulation asynchrone. Cette technique consiste à effectuer un redressement double alternance des deux secondaires indépendamment sans utiliser le signal d'excitation. Comme dans la technique de démodulation synchrone le redressement est suivi d'un filtrage passe-bas permettant d'extraire la valeur moyenne du signal redressé. La figure 3 présente un montage classique pour effectuer ce redressement. Celui-ci comprend des diodes 230, 240 et des amplificateurs opérationnels ou OPA 210, 220 montés en série. Le signal en sortie du capteur Ve, après une éventuelle adaptation de niveau, est fourni à l'entrée non inverseuse 211 du premier amplificateur opérationnel 210 dont la sortie 213 est à son tour fournie à l'entrée non inverseuse 221 du second amplificateur opérationnel 220 par l'intermédiaire d'une diode 240 montée dans le sens passant. La contre-réaction du montage d'OPA est assurée par le retour de la voie de sortie VS en 223 d'une part vers l'entrée inverseuse de l'OPA 220 par l'intermédiaire d'une résistance 260 de valeur R2, d'autre part vers la sortie 213 du premier OPA 210 par l'intermédiaire d'une deuxième résistance 250 de valeur R1 et d'une deuxième diode 230 et enfin vers l'entrée inverseuse 212 du premier OPA 210. Lors de l'alternance positive de Ve, la diode 230 est bloquée et la diode 240 est passante. Le deuxième étage se comporte en suiveur et VS est égal à Ve. Lors de l'alternance négative de Ve, la diode 230 est passante et la diode 240 est bloquée. Le deuxième étage se comporte en inverseur avec un gain égal à - R2/R1. VS est donc égal à (- R2/R1)xVe.

Pour obtenir en sortie du redresseur un signal auquel on puisse appliquer une détection d'enveloppe, il est donc nécessaire que les résistances 250 et 260 aient exactement la même valeur et soient donc appairées à la précision recherchée dans la mesure Pour des applications de commande de vol ceci conduit à l'utilisation de résistances 0,1% à faible dérive thermique de l'ordre de 5 ppm par degré Celsius. Cette contrainte est difficile à tenir, notamment sur la durée compte tenu des variations liées au vieillissement des composants. L'invention permet de lever cette contrainte en supprimant la résistance 260 et en utilisant une résistance 250 dont la précision n'a plus d'importance. La figure 4 représente le montage selon l'invention. Un amplificateur d'instrumentation 270 est monté en série en sortie du montage d'OPA. Un amplificateur d'instrumentation est un OPA d'un type particulier qui comporte, en plus des entrées non inverseuse 271 et inverseuse 272 et de la sortie 273 une entrée supplémentaire 274 servant de référence. Un amplificateur d'instrumentation utilisable est, par exemple, l'AD8221 d'Analog Devices. La sortie 223 du deuxième OPA 220 est appliquée à l'entrée non inverseuse 271 de l'amplificateur 270. Le signal d'entrée à redresser Ve est appliqué directement à l'entrée inverseuse 272 de l'amplificateur 270, en parallèle à l'application au montage d'OPA. En outre, la référence de l'amplificateur 270 est appliquée par court-circuits aux entrées non inverseuse 271 de l'amplificateur 270 et inverseuse 222 de l'OPA 220. Elle retourne également vers l'entrée non inverseuse 221 de l'OPA 220 par l'intermédiaire de la résistance 250, et des diodes 230 et 240, ainsi que vers l'entrée inverseuse de l'OPA 210, par l'intermédiaire de la résistance 250 uniquement, comme illustré sur la figure 4. Lors de l'alternance positive de Ve, Vs est égal à Ve. Lors de l'alternance négative de Ve, Vs est égal à zéro. On a en Vs un redressement mono-alternance. L'amplificateur d'instrumentation 270 répond à l'équation suivante : Vs2 = REF+(IN+)û(IN-)=Vs+Vs-Ve=2XVs-Ve Lors de l'alternance positive de Ve, Vs est égal à Ve et Vs2 = Ve. Lors de l'alternance négative de Ve, Vs est égal à zéro et Vs2 est égal à - Ve. On a donc bien en sortie un signal redressé à double alternance auquel on peut ensuite appliquer un filtrage passe-bas afin d'extraire la valeur moyenne du signal redressé.

Un circuit réalisant les mêmes fonctions que l'amplificateur d'instrumentation 270 pourrait lui être substitué sans sortir du champ de la présente invention. Celle-ci couvre également les circuits électroniques qui l'incorporent pour réaliser une fonction de redressement double alternance et les capteurs ou autres équipements dont les signaux nécessitent l'utilisation d'une telle fonction, qu'il s'agisse de LVDT, de synchro-resolvers ou autres dispositifs du même type.25

Claims (16)

REVENDICATIONS

1. Dispositif de redressement des deux alternances d'un signal d'entrée Ve comprenant au moins un couple d'amplificateurs opérationnels 210, 220, un couple de diodes 230, 240 et une résistance 250 formant ensemble un agencement pour redresser ledit signal, caractérisé en ce qu'il comprend en sortie dudit agencement un amplificateur d'instrumentation 270 ayant pour référence le signal de sortie de l'agencement de redressement.

2. Dispositif de redressement selon la revendication 1, caractérisé en ce que les signaux d'entrée et de sortie de l'agencement de redressement sont fournis aux entrées 271, 272 dudit amplificateur d'instrumentation 270.

3. Dispositif de redressement selon la revendication 2, caractérisé en ce que le signal d'entrée est fourni à l'entrée inverseuse 272 et le signal de sortie à l'entrée non inverseuse 271 dudit amplificateur d'instrumentation 270.

4. Dispositif de redressement selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que le signal d'entrée Ve est fourni à l'entrée non inverseuse 211 du premier amplificateur opérationnel 210 dont la sortie 213 alimente l'entrée non inverseuse 221 du deuxième amplificateur opérationnel 220 par l'intermédiaire d'une première diode 240 en position passante.

5. Dispositif de redressement selon l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que la référence 274 de l'amplificateur d'instrumentation 270 est reliée directement à l'entrée non inverseuse 271 dudit amplificateur d'instrumentation, à l'entrée inverseuse 222 du deuxième amplificateur opérationnel, via au moins une résistance 250 à l'entrée inverseuse 212 du premier amplificateur opérationnel 210 et est combinée via une deuxième diode passante 230 à la sortie 213 du premier amplificateur opérationnel 210 pour être fournie à l'entrée non inverseuse 221 du deuxième amplificateur opérationnel 220.

6. Dispositif de traitement de signal comprenant au moins un dispositif de redressement selon l'une des revendications 1 à 5.

7. Dispositif de mesure de la position d'une pièce en mouvement comprenant au moins un dispositif de traitement du signal selon la revendication 6.

8. Système de contrôle des commandes de vol d'un aéronef comprenant au moins un dispositif de mesure de la position d'une pièce en mouvement selon la revendication 7.

9. Procédé de redressement des deux alternances d'un signal d'entrée comprenant au moins deux étapes d'amplification opérationnelle, deux étapes de passage du signal dans des diodes et une étape de passage dans un élément résistif, lesdites étapes précédentes étant agencées en un processus de redressement, caractérisé en ce qu'il comprend en sortie dudit processus une étape de traitement par un amplificateur d'instrumentation ayant pour référence le signal de sortie du processus de redressement.

10. Procédé de redressement selon la revendication 9, caractérisé en ce que les signaux d'entrée et de sortie de l'agencement de redressement sont fournis aux entrées dudit amplificateur d'instrumentation.

11. Procédé de redressement selon la revendication 10, caractérisé en ce que le signal d'entrée est fourni à l'entrée inverseuse et le signal de sortie à l'entrée non inverseuse dudit amplificateur d'instrumentation.

12. Procédé de redressement selon l'une des revendications 10 à 11 caractérisé en ce que le signal d'entrée est fourni à l'entrée non inverseuse du premier amplificateur opérationnel dont la sortie alimente l'entrée non inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel par l'intermédiaire d'une première diode en position passante.

13. Procédé de redressement selon l'une des revendications 10 à 12 caractérisé en ce que la référence de l'amplificateur d'instrumentation est reliée directement à l'entrée non inverseuse dudit amplificateur d'instrumentation, à l'entrée inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel, via au moins une résistance à l'entrée inverseuse du premier amplificateur opérationnel et est combinée via une deuxième diode passante à la sortie du premier amplificateur opérationnel pourêtre fournie à l'entrée non inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel.

14. Procédé de traitement de signal comprenant un procédé de redressement selon l'une des revendications 9 à 13.

15. Procédé de mesure de la position d'une pièce en mouvement comprenant au moins un procédé de traitement du signal selon la revendication 14.

16. Procédé de contrôle des commandes de vol d'un aéronef comprenant au moins un procédé de mesure de la position d'une pièce en ~o mouvement selon la revendication 15.