FR2685474A1 - OPERATING CIRCUIT FOR INDUCTIVE SENSOR WHOSE INDUCTANCE DEPENDS ON THE SIZE TO BE MEASURED. - Google Patents
OPERATING CIRCUIT FOR INDUCTIVE SENSOR WHOSE INDUCTANCE DEPENDS ON THE SIZE TO BE MEASURED. Download PDFInfo
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Abstract
a) Circuit d'exploitation pour capteur inductif dont l'inductance dépend de la grandeur à mesurer b) Circuit d'exploitation caractérisé en ce que le redresseur est un redresseur synchrone (20) qui reçoit les signaux de cadence de l'oscillateur (10) dont la phase est choisie par rapport à la phase de la tension induite pour permettre une mesure séparée de la résistance et de l'inductance (L) de la bobine (14).a) Operating circuit for inductive sensor whose inductance depends on the quantity to be measured b) Operating circuit characterized in that the rectifier is a synchronous rectifier (20) which receives the cadence signals from the oscillator (10) ), the phase of which is chosen with respect to the phase of the induced voltage to allow a separate measurement of the resistance and the inductance (L) of the coil (14).
Description
"Circuit d'exploitation pour un capteur inductif, dont l'inductance dépend"Operating circuit for an inductive sensor, on which the inductance depends
de la grandeur à mesurer " La présente invention concerne un circuit d'exploitation pour un capteur inductif, notamment un capteur inductif comportant au moins une bobine dont l'inductance dépend de la grandeur à mesurer, un oscillateur de signal de sortie est appliqué à une entrée de la bobine et un redresseur qui reçoit la tension. Il est connu de mesurer les courses de réglage par des capteurs inductifs à une ou plusieurs bobines Les caractéristiques électriques des bobines changent en fonction des grandeurs de mesure, par exemple en fonction de la translation Un circuit d'exploitation électronique détecte les variations des propriétés électriques des bobines et les transforment of the quantity to be measured "The present invention relates to an operating circuit for an inductive sensor, in particular an inductive sensor comprising at least one coil whose inductance depends on the quantity to be measured, an output signal oscillator is applied to a input of the coil and a rectifier which receives the voltage It is known to measure the adjustment strokes by inductive sensors with one or more coils The electrical characteristics of the coils change according to the measured variables, for example according to the translation Electronic operating circuit detects variations in the electrical properties of the coils and transforms them
en un signal simple à traiter.into a simple signal to process.
On connaît selon le document DE-OS 39 27 833 un circuit de mesure utilisable pour des capteurs de course, inductifs, et générant une tension continue dépendant de la course Dans ce montage, on applique une tension alternative à la bobine dont l'inductance varie en fonction de la course et on mesure l'amplitude et la phase de la tension aux bornes de la Document DE-OS 39 27 833 discloses a measurement circuit which can be used for stroke sensors, inductive, and generating a DC voltage dependent on the stroke. In this arrangement, an alternating voltage is applied to the coil, the inductance of which varies as a function of the stroke and the amplitude and phase of the voltage across the terminals of the
bobine.coil.
Pour augmenter la précision de la mesure, on prévoit deux oscillateurs qui génèrent des tensions alternatives de même fréquence, mais déphasées de La seconde tension alternative possède une amplitude réglable qui dépend finalement de l'inductance des bobines de sorte que le rapport de l'amplitude et des inductances connues des bobines permet une détection précise de la position Dans le circuit de mesure connu, aucun moyen n'est néanmoins prévu pour permettre une compensation de la température. Un circuit de mesure inductive d'une course et qui possède en outre un circuit de compensation de température est connu selon le document DE-OS 39 10 597 Dans ce circuit connu, le circuit de température détecte la résistance ohmique de la bobine qui dépend To increase the accuracy of the measurement, two oscillators are provided which generate alternating voltages of the same frequency, but phase shifted. The second alternating voltage has an adjustable amplitude which ultimately depends on the inductance of the coils so that the ratio of the amplitude and known inductances of the coils allows a precise detection of the position In the known measurement circuit, no means is nevertheless provided to allow temperature compensation. A circuit inductive measurement of a stroke and which also has a temperature compensation circuit is known according to document DE-OS 39 10 597 In this known circuit, the temperature circuit detects the ohmic resistance of the coil which depends
de la température et applique ce signal à un micro- temperature and apply this signal to a micro-
ordinateur Celui-ci calcule des données de compensa- computer This calculates compensation data
tion en fonction de la résistance mesurée pour permet- tion based on the resistance measured to allow
tre la correction des données obtenues à la détection the correction of the data obtained upon detection
de la course.of the race.
Un inconvénient du circuit connu est que l'on mesure en alternance la résistance de la bobine et l'inductance de la bobine et que l'on combine les résultats des mesures, sans qu'il soit possible de A drawback of the known circuit is that the resistance of the coil and the inductance of the coil are measured alternately and that the results of the measurements are combined, without it being possible to
faire des mesures simultanées.make simultaneous measurements.
Avantages de l'invention La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients des solutions connues et concerne à Advantages of the invention The aim of the present invention is to remedy the drawbacks of known solutions and relates to
cet effet un circuit d'exploitation du type défini ci- an operating circuit of the type defined above
dessus, caractérisé en ce que le redresseur est un redresseur synchrone qui reçoit les signaux de cadence de l'oscillateur dont la phase est choisie par rapport à la phase de la tension induite pour permettre une mesure séparée de la résistance et de l'inductance de above, characterized in that the rectifier is a synchronous rectifier which receives the cadence signals from the oscillator whose phase is chosen relative to the phase of the induced voltage to allow a separate measurement of the resistance and the inductance of
la bobine.the coil.
Le circuit d'exploitation selon l'invention avec un capteur inductif ayant les caractéristiques The operating circuit according to the invention with an inductive sensor having the characteristics
ci-dessus, offre l'avantage de permettre une compensa- above, has the advantage of allowing compensation
tion en température particulièrement simple et néan- moins très précise sans avoir à utiliser de capteur de particularly simple and nevertheless very precise temperature without having to use a temperature sensor
température supplémentaire.additional temperature.
On obtient cet avantage du fait que la tension de sortie, régulée, soit appliquée à un redresseur synchrone lui-même commandé par les This advantage is obtained from the fact that the regulated output voltage is applied to a synchronous rectifier itself controlled by the
impulsions de cadence d'un oscillateur sinusoïdal. cadence pulses of a sinusoidal oscillator.
Le redresseur synchrone mesure la réactance de la bobine et détermine la phase, on peut compenser The synchronous rectifier measures the reactance of the coil and determines the phase, we can compensate
de manière particulièrement simple la température. in a particularly simple way the temperature.
Comme à la fois l'inductance et la partie réelle de la réactance de la bobine dépendent de la température, et comme en outre à la fois l'inductance et la partie réelle de la réactance dépendent de la grandeur de mesure, on peut arriver à une compensation en température si l'on additionne ou que l'on As both the inductance and the real part of the reactance of the coil depend on the temperature, and since in addition both the inductance and the real part of the reactance depend on the measured quantity, we can arrive at temperature compensation if we add or
retranche de manière appropriée les deux composants. appropriately subtract the two components.
Il est particulièrement avantageux que l'addition ou la soustraction se fasse d'une manière particulièrement simple par un choix approprié de la It is particularly advantageous that the addition or subtraction is carried out in a particularly simple manner by an appropriate choice of the
phase de la commande du redresseur synchrone. phase of the synchronous rectifier control.
Il est particulièrement avantageux d'utili- It is particularly advantageous to use
ser le circuit d'exploitation selon l'invention en liaison avec des capteurs à une course de ressort, car on supprime ainsi la seconde bobine de compensation nécessaire usuellement pour de tels capteurs, ainsi ser the operating circuit according to the invention in connection with sensors at a spring stroke, since this eliminates the second compensation coil usually required for such sensors, as well
qu'un capteur de température supplémentaire. than an additional temperature sensor.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the
vention, la compensation en température du signal de mesure est faite à l'aide de la dépendance de la résistance R de la bobine en fonction de la température, par détermination de la partie réelle de Note, the temperature compensation of the measurement signal is made using the dependence of the resistance R of the coil as a function of the temperature, by determining the real part of
la résistance en courant alternatif. resistance in alternating current.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the
vention, la phase des signaux de cadence est choisie pour que la tension de mesure compensée en température résulte de la différence de la partie imaginaire et de la partie réelle multipliée par une coefficient Note, the phase of the cadence signals is chosen so that the temperature compensated measurement voltage results from the difference between the imaginary part and the real part multiplied by a coefficient.
constant de la tension induite dans la bobine. constant of the voltage induced in the coil.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the
vention, le signal de sortie d'au moins une bobine est régulé dans un régulateur avant d'être appliqué au vention, the output signal of at least one coil is regulated in a regulator before being applied to the
redresseur synchrone.synchronous rectifier.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the
vention, le redresseur synchrone comprend deux inverseurs qui reçoivent en alternance la tension de vention, the synchronous rectifier includes two inverters which alternately receive the voltage of
sortie de la bobine.coil output.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the
vention, il comprend un réseau de compensation de décalage à fréquence et phase sélective, et qui est relié par un autre commutateur analogique au vention, it includes a frequency and selective phase offset compensation network, which is connected by another analog switch to the
redresseur synchrone.synchronous rectifier.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the
vention, le redresseur synchrone est un amplificateur différentiel ayant une caractéristique de filtre vention, the synchronous rectifier is a differential amplifier having a filter characteristic
passe-bas.low pass.
Suivant une autre caractéristique de l'in- According to another characteristic of the
vention, le redresseur comprend un capteur inductif différentiel à deux bobines et le redresseur synchrone comprend deux éléments de commutation en relation chacun avec l'une des bobines et en étant commutés en synchronisme. La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide des dessins annexés dans lesquels: La figure 1 montre un premier exemple de vention, the rectifier comprises a differential inductive sensor with two coils and the synchronous rectifier comprises two switching elements each in relation to one of the coils and being switched synchronously. The present invention will be described below in more detail with the aid of the appended drawings in which: FIG. 1 shows a first example of
réalisation de l'invention avec une bobine. embodiment of the invention with a coil.
La figure 2 montre un diagramme vectoriel. Figure 2 shows a vector diagram.
La figure 3 montre le circuit complet d'un Figure 3 shows the complete circuit of a
exemple avec une bobine.example with a coil.
La figure 4 montre un exemple de réalisation Figure 4 shows an exemplary embodiment
d'un capteur inductif différentiel. a differential inductive sensor.
La figure 5 montre les deux courbes des signaux obtenus dans l'exemple de réalisation de la figure 4, sans filtrage et avec filtrage, en fonction FIG. 5 shows the two curves of the signals obtained in the embodiment of FIG. 4, without filtering and with filtering, as a function
du temps.time.
La figure 1 montre un oscillateur 10 par exemple un oscillateur sinusoïdal avec des sorties l Oa, l Ob générant une tension US en étant relié par une résistance 12 à la bobine variable 14 constituant la bobine de mesure Entre la résistance 12 et la bobine 14, on a défini un point 13 relié à la masse, pour un condensateur 15 Le point 13 est par ailleurs FIG. 1 shows an oscillator 10 for example a sinusoidal oscillator with outputs l Oa, l Ob generating a voltage US by being connected by a resistor 12 to the variable coil 14 constituting the measurement coil Between the resistor 12 and the coil 14, we have defined a point 13 connected to ground, for a capacitor 15 Point 13 is also
relié à l'entrée 17 a d'un régulateur 17. connected to input 17 a of a regulator 17.
Le régulateur 17 reçoit par son entrée 17 b, une tension constante correspondant à un 1/2 UB, UB étant la tension de référence du circuit; il s'agit par exemple d'une tension de 5 V fournie par -le The regulator 17 receives by its input 17 b, a constant voltage corresponding to a 1/2 UB, UB being the reference voltage of the circuit; it is for example a voltage of 5 V supplied by -the
dispositif de commande.control device.
La sortie 17 c du régulateur 17 est reliée à la bobine 14; un autre condensateur 16 relie cette The output 17 c of the regulator 17 is connected to the coil 14; another capacitor 16 connects this
sortie à la masse De plus, la sortie 17 c du régula- output to ground In addition, output 17 c of the regulator
teur 17 est reliée par l'intermédiaire d'un condensa- tor 17 is connected via a condenser
teur 18 et d'une résistance 19, au commutateur analo- 18 and 19 resistance, to the analog switch
gique 21 du redresseur synchrone 20 Le commutateur analogique 21 reçoit des impulsions de commutation de logic 21 of the synchronous rectifier 20 The analog switch 21 receives switching pulses from
la sortie l Oa de l'oscillateur 10.the output l Oa from oscillator 10.
Le redresseur synchrone 16 comprend en plus du commutateur analogique 21, deux inverseurs 27, 28 The synchronous rectifier 16 comprises, in addition to the analog switch 21, two inverters 27, 28
qui se composent chacun d'un amplificateur opération- which each consist of an operation amplifier
nel 22, 26 ainsi que des résistances 23, 25 prévues chaque fois entre la sortie et l'entrée inversée des amplificateurs opérationnels 22, 26 Une résistance 24 nel 22, 26 as well as resistors 23, 25 provided each time between the output and the reverse input of the operational amplifiers 22, 26 A resistance 24
est prévue entre les résistances 23, 25. is provided between resistors 23, 25.
Les deux entrées inversées des amplifica- The two inverted amplifier inputs
teurs opérationnels 22 et 26 sont reliées chacune à une borne du commutateur analogique 21; les entrées non inversées sont à la moitié de la tension de operational timers 22 and 26 are each connected to a terminal of the analog switch 21; the non-inverted inputs are at half the voltage of
référence soit 1/2 UB.reference is 1/2 UB.
Une liaison relie la sortie de l'amplifica- A link connects the output of the amplifier
teur opérationnel 26 du redresseur synchrone 20 au filtre 29 et la sortie analogique 30 de ce filtre operational sensor 26 from synchronous rectifier 20 to filter 29 and analog output 30 from this filter
fournit le signal de mesure.provides the measurement signal.
L'oscillateur 10 génère une oscillation sinusoïdale ou une oscillation contenant relativement Oscillator 10 generates a sinusoidal oscillation or an oscillation containing relatively
peu d'harmoniques, et cette oscillation a une amplitu- few harmonics, and this oscillation has an ampli
de constante A la figure 1, cette oscillation porte la référence US Elle est appliquée par la résistance 12 à la bobine 14 et la tension engendrée au point 13 est détectée pour être appliquée comme valeur réelle au régulateur 17 Comme valeur de consigne, le régulateur 17 reçoit la tension constante 1/2 UB; le régulateur assure la régulation de la tension de sortie UR pour que la tension d'entrée appliquée à l'entrée 17 a soit également constante Comme il s'établit une tension constante au point 13, la tension alternative est alors nulle, et à la sortie l Ob on a une tension alternative US d'amplitude constante, si bien que la résistance 12 donne une constant In FIG. 1, this oscillation bears the reference US It is applied by the resistor 12 to the coil 14 and the voltage generated at point 13 is detected to be applied as a real value to the regulator 17 As a set value, the regulator 17 receives the constant voltage 1/2 UB; the regulator regulates the output voltage UR so that the input voltage applied to input 17 a is also constant. As a constant voltage is established at point 13, the alternating voltage is then zero, and at the output l Ob we have an AC voltage of constant amplitude, so that resistor 12 gives a
tension alternative d'amplitude constante. alternating voltage of constant amplitude.
Cette tension alternative d'amplitude constante fait que l'intensité I dans la résistance 12 est également un courant alternatif d'amplitude constante Comme la tension au point 13 est régulée sur une valeur constante, l'intensité I est également This alternating voltage of constant amplitude means that the intensity I in the resistor 12 is also an alternating current of constant amplitude As the voltage at point 13 is regulated to a constant value, the intensity I is also
indépendante de l'inductance de la bobine 14. independent of the inductance of the coil 14.
D'éventuelles capacités parasites du câble par rapport à la masse ne permettent le passage d'aucun courant, comme le condensateur 15 qui sert de condensateur de blocage du courant continu car seul un courant alternatif peut traverser des condensateurs. Comme l'entrée du régulateur est fortement ohmique, seulement un courant négligeable peut passer par l'entrée de régulation 17 a ce qui assure que l'ensemble du courant alternatif constant, traverse la bobine 14 qui correspond à la bobine de mesure dont on veut mesurer les propriétés électriques Ainsi, à la sortie 17 c du régulateur 17, il s'établit une tension alternative proportionnelle à la réactance de la bobine 14 La phase de cette tension représente la phase de la réactance Les condensateurs ou capacités parasites par rapport à la masse, qui sont schématisés Possible parasitic capacitances of the cable with respect to ground do not allow the passage of any current, such as the capacitor 15 which serves as a DC blocking capacitor because only an alternating current can pass through the capacitors. As the input of the regulator is strongly ohmic, only a negligible current can pass by the input of regulation 17 a what ensures that the whole of the constant alternating current, crosses the coil 14 which corresponds to the measurement coil which one wants measure the electrical properties Thus, at the output 17 c of the regulator 17, an alternating voltage is established proportional to the reactance of the coil 14 The phase of this voltage represents the phase of the reactance The capacitors or parasitic capacitances with respect to the mass, which are shown schematically
à la figure 1 par le condensateur 16, ne se répercu- in Figure 1 by the capacitor 16, does not
tent pas de manière négative, car le courant qui not try in a negative way because the current which
passe, vient du régulateur 17.pass, comes from regulator 17.
La tension UR à la sortie 17 c du régulateur 17 arrive par le condensateur 18 et la résistance 19 au redresseur synchrone 20 qui reçoit les impulsions de commutation par la sortie de cadence ou d'horloge The voltage UR at the output 17 c of the regulator 17 arrives via the capacitor 18 and the resistor 19 to the synchronous rectifier 20 which receives the switching pulses by the cadence or clock output
i Qa de l'oscillateur 10.i Qa of oscillator 10.
Le montage décrit ci-dessus permet des mesures, mais la compensation souhaitée en température est effectuée que par le mode de réalisation décrit The assembly described above allows measurements, but the desired temperature compensation is carried out only by the embodiment described.
ci-dessous du redresseur synchrone.below of the synchronous rectifier.
Le signal de mesure UM que l'on recueille à la liaison entre la bobine 14 et la sortie de régulation 17 c est transmis aux deux inverseurs 27, 28 ou à un seul inverseur 28 en fonction de la cadence de l'oscillateur 10 Cela correspond à un redressement The measurement signal UM which is collected at the link between the coil 14 and the regulation output 17 c is transmitted to the two inverters 27, 28 or to a single inverter 28 depending on the rate of the oscillator 10 This corresponds to a turnaround
synchrone Usuellement, on choisit pour le redresse- synchronous Usually, we choose to straighten
ment synchrone, une cadence d'une phase de 90 ou une phase de O pour mesurer soit seulement la résistance, soit seulement l'inductance Il est également possible de corriger la phase de détection pour compenser des synchronously, a cadence of a phase of 90 or a phase of O to measure either only the resistance or only the inductance It is also possible to correct the detection phase to compensate for
déphasages propres au montage de mesure. phase shifts specific to the measurement arrangement.
Selon l'invention, on réalise un choix approprié de la phase pour arriver à une compensation en température Pour certains capteurs, l'inductance de la bobine 14 et la partie réelle de la résistance de la bobine dépendent de la température De la même manière, l'inductance aussi bien que la partie réelle de la résistance peuvent dépendre de la grandeur de mesure Pour la plupart des capteurs, la partie réelle de la résistance et l'inductance dépendent de manière différente des grandeurs de mesure On peut compenser en température par addition ou soustraction de manière appropriée des deux composants Un choix According to the invention, an appropriate choice of phase is made to arrive at temperature compensation. For certain sensors, the inductance of the coil 14 and the real part of the resistance of the coil depend on the temperature. In the same way, the inductance as well as the real part of the resistance can depend on the measured quantity For most sensors, the real part of the resistance and the inductance depend differently on the measured variables We can compensate in temperature by addition or appropriately subtract the two components A choice
adéquat, compense exactement l'action de la températu- adequate, exactly compensates for the action of temperature
re tout en permettant de déterminer la grandeur de mesure. Dans le cas d'un tel circuit d'exploitation, il ne faut ni seconde bobine de compensation, ni capteur de température, distinct Bien plus, la bobine de mesure constitue elle-même le capteur de température L'addition ou la soustraction, décrite pour les deux composants se réalise d'une manière particulièrement simple par un choix approprié de la phase Le diagramme vectoriel représenté à la figure 2 correspond à une soustraction; il montre la relation entre les intensités et les tensions qui, dans cet while allowing the measurement quantity to be determined. In the case of such an operating circuit, neither a second compensation coil nor a separate temperature sensor is required. Furthermore, the measurement coil itself constitutes the temperature sensor. The addition or subtraction, described for the two components is carried out in a particularly simple manner by an appropriate choice of the phase. The vector diagram represented in FIG. 2 corresponds to a subtraction; it shows the relationship between intensities and tensions which, in this
exemple, portent toujours la référence 1. example, always bear the reference 1.
Lorsqu'on alimente la bobine 14 avec un courant constant Il, on obtient pour une bobine réelle, correspondant à un montage en série d'une résistance R et d'une bobine idéale d'inductance L, une tension U 1 déphasée de la phase 8 par rapport au courant d'excitation Il Un redresseur synchrone à déphasage nul mesure la chute de tension correspondant à la partie réelle U Rl; si par contre le redresseur à un déphasage de 90 , correspondant à une inductance pure, on mesure la chute de tension UL 1. Pour une phase de détection égale à 900 + ar, on obtient comme tension de mesure UM 1, la tension selon le chronogramme de la figure 5, comme projection verticale de la tension de bobine UM 1 dans la direction de la phase de détection Cette direction When the coil 14 is supplied with a constant current Il, for a real coil, corresponding to a series connection of a resistor R and of an ideal coil of inductance L, there is obtained a voltage U 1 phase-shifted 8 with respect to the excitation current II A synchronous rectifier with zero phase shift measures the voltage drop corresponding to the real part U Rl; if on the other hand the rectifier with a phase shift of 90, corresponding to a pure inductance, the voltage drop UL 1 is measured. For a detection phase equal to 900 + ar, the measurement voltage UM 1 is obtained timing diagram of FIG. 5, as vertical projection of the coil voltage UM 1 in the direction of the detection phase This direction
porte la référence A à la figure 2; elle y est repré- bears the reference A in FIG. 2; she is represented there
sentée en trait interrompu.felt in broken lines.
Pour la tension de mesure on a alors la relation For the measurement voltage we then have the relation
UM 1 = cosa * (Ul tana * UR 1).UM 1 = cosa * (Ul tana * UR 1).
On retranche ainsi effectivement une partie réelle de la tension Ul multipliée par un facteur constant de la partie imaginaire de la tension Ul En même temps, on fait également une multiplication avec un coefficient constant; cette multiplication peut de nouveau être compensée par une amplification constante. Appliqué à un capteur à une course de ressort, intégré plus connu, on obtient par exemple pour la compensation de température un angle égal à a = 150 Dans l'exemple de réalisation représenté à la figure 1, on conserve dans un étage distinct du redresseur synchrone, c'est-à-dire le filtre 29, on conserve'un filtrage et un calibrage supplémentaire du décalage et de la pente Il est toutefois également possible de réaliser ce filtrage et ce calibrage à We thus effectively subtract a real part of the voltage Ul multiplied by a constant factor from the imaginary part of the voltage Ul At the same time, we also make a multiplication with a constant coefficient; this multiplication can again be compensated by a constant amplification. Applied to a sensor with a better known integrated spring stroke, one obtains for example for temperature compensation an angle equal to a = 150 In the embodiment shown in Figure 1, we keep in a separate stage of the rectifier synchronous, that is to say the filter 29, additional filtering and calibration of the offset and slope are retained. It is however also possible to carry out this filtering and this calibration at
l'aide d'un étage intégré au second inverseur 28. using a stage integrated into the second inverter 28.
La compensation des signaux parasites qui est déjà relativement bonne dans le cas d'un redresseur synchrone 20 à filtre passe- bas, peut The interference signal compensation which is already relatively good in the case of a synchronous rectifier 20 with a low-pass filter, can
encore être améliorée notamment par rapport aux para- still be improved especially compared to para-
sites de basse fréquence ayant une fréquence inférieure à la fréquence de mesure en ce qu'on dimensionne le condensateur 18 et la résistance 19 pour qu'il fonctionne comme un filtre passe-haut Cela garantit l'élimination par filtrage des oscillations basse fréquence, qui se combinent à la fréquence de mesure. Mais comme ce filtre passe-haut provoque des déphasages gênants, il faut prévoir un déphasage supplémentaire du signal de cadence Globalement, la combinaison du filtre passe-haut entre le régulateur low frequency sites having a frequency lower than the measurement frequency in that the capacitor 18 and the resistor 19 are dimensioned so that it functions as a high pass filter This guarantees the elimination by filtering of the low frequency oscillations, which combine with the measurement frequency. But as this high-pass filter causes annoying phase shifts, it is necessary to provide an additional phase shift of the cadence signal. Overall, the combination of the high-pass filter between the regulator
17 et le redresseur synchrone 20 et le filtre passe- 17 and the synchronous rectifier 20 and the pass filter
bas 29 entre le redresseur synchrone 20 et la sortie 30 assure une suppression efficace des parasites pour bottom 29 between synchronous rectifier 20 and output 30 ensures effective suppression of noise for
toutes les fréquences prévisibles. all predictable frequencies.
D'un filtre passe-haut 31, on peut également utiliser un filtre passehaut ou un filtre passe-bande d'ordre supérieur ou encore un filtre passe-haut, actif Un effet secondaire, avantageux est d'assurer que les tensions de décalage du régulateur 17 et de l'oscillateur 10, ne puissent arriver à la sortie 30 From a high-pass filter 31, it is also possible to use a high-pass filter or a higher-order band-pass filter or even a high-pass filter, active. A secondary effect, advantageous is to ensure that the offset voltages of the regulator 17 and oscillator 10, cannot reach output 30
et ne faussent pas ainsi le signal.and thus do not distort the signal.
Bien que l'oscillateur 10 et le régulateur 17 puissent être réalisés sous forme analogique ou numérique, le comportement en régulation du régulateur 17 peut être amélioré encore plus par un circuit à grandeurs parasites; pour cela la tension de sortie de l'oscillateur 10 est appliquée comme information Although the oscillator 10 and the regulator 17 can be produced in analog or digital form, the behavior in regulation of the regulator 17 can be improved even more by a circuit with parasitic quantities; for this the output voltage of oscillator 10 is applied as information
supplémentaire au régulateur 17.additional to regulator 17.
il On peut encore améliorer le circuit si à la sortie 10 b de l'oscillateur 10, la tension sinusoïdale découplée US est injectée dans le redresseur synchrone par l'intermédiaire d'un réseau de résistance et d'un second commutateur analogique Il est alors possible de compenser le décalage avec une seule bobine pour les oscillateurs, par exemple en injectant une tension continue dans un étage d'amplification ce It is possible to further improve the circuit if at the output 10 b of oscillator 10, the decoupled sinusoidal voltage US is injected into the synchronous rectifier via a resistor network and a second analog switch. possible to compensate for the offset with a single coil for the oscillators, for example by injecting a DC voltage into an amplification stage,
qui se traduit par une compensation très stable. which results in very stable compensation.
Comme les variations de la tension d'oscil- As variations in eyebrow tension-
lation et de la fréquence de la valeur totale de la tension de mesure varient de manière considérable, il faut que la stabilité de l'oscillateur correspond à un multiple de la précision souhaitée du capteur On améliore la précision en fournissant la tension lation and frequency of the total value of the measurement voltage vary considerably, it is necessary that the stability of the oscillator corresponds to a multiple of the desired accuracy of the sensor We improve the accuracy by providing the voltage
sinusoïdale US par un réseau à comportement de trans- sinusoidal US by a network with trans-
fert approprié, par exemple avec le même comportement de transfert que celui de la bobine de mesure avec une position médiane et stable, et en ayant en outre un second commutateur analogique par lequel la tension est injectée en sens opposé dans le redresseur synchrone Ces moyens permettent une compensation du décalage ayant les mêmes propriétés vis-à-vis de l'oscillateur que le décalage proprement dit La réalisation peut se faire dans l'exemple de la figure 1 à l'aide d'un filtre passe-haut, supplémentaire du appropriate fert, for example with the same transfer behavior as that of the measuring coil with a central and stable position, and in addition having a second analog switch by which the voltage is injected in the opposite direction into the synchronous rectifier These means allow compensation for the offset having the same properties vis-à-vis the oscillator as the actual offset The realization can be done in the example of Figure 1 using a high-pass filter, additional
second ordre.second order.
La figure 3 montre le schéma complet d'un autre mode de réalisation de l'invention Dans cet exemple de réalisation, l'oscillateur se compose d'un commutateur analogique IC 4 en forme de double FIG. 3 shows the complete diagram of another embodiment of the invention In this exemplary embodiment, the oscillator consists of an analog switch IC 4 in the form of a double
commutateur avec deux éléments de commutation 33, 34. switch with two switching elements 33, 34.
Une sortie de ce commutateur analogique IC 4 conduit par un montage en série formé de trois résistances Ri, R 2, R 3, à l'entrée non inversée de l'amplificateur opérationnel O Pi Entre cette combinaison de résistance et la masse, on a trois condensateurs Cl, C 2, C 3 La résistance R 10 est prévue entre la sortie de l'amplificateur opérationnel O Pl et son entrée inversée; cette entrée est en outre reliée à la masse An output of this analog switch IC 4 leads by a series connection formed of three resistors Ri, R 2, R 3, to the non-inverted input of the operational amplifier O Pi Between this combination of resistance and the ground, we have three capacitors Cl, C 2, C 3 The resistor R 10 is provided between the output of the operational amplifier O Pl and its inverted input; this input is also connected to ground
par la résistance R 9.by resistance R 9.
Un comparateur Ki est raccordé par son A Ki comparator is connected by its
entrée non inversée à l'entrée inversée de l'amplifi- input not inverted at the inverted amplifier input
cateur opérationnel O Pl; l'entrée non inversée du comparateur Kl est reliée par une résistance R 4 à la jonction d'une sortie du commutateur analogique IC 4 et de la résistance Rl La sortie du comparateur Kl est operational designer O Pl; the non-inverted input of comparator Kl is connected by a resistor R 4 to the junction of an output of the analog switch IC 4 and of the resistor Rl The output of comparator Kl is
reliée par une résistance R 5 à la tension d'alimenta- connected by a resistor R 5 to the supply voltage
tion ainsi qu'à une entrée du commutateur analogique tion as well as an input of the analog switch
IC 4.IC 4.
Le régulateur 17 se compose d'un amplifica- The regulator 17 consists of an amplifier
teur opérationnel OP 3, dont l'entrée inversée est OP 3 operational unit, whose inverted input is
reliée à la masse par l'intermédiaire d'un condensa- connected to ground via a condensa-
teur C 5 et d'une résistance R 13; cette entrée est reliée par une résistance R 15 et une résistance R 16 à la sortie de l'amplificateur opérationnel O Pl de l'oscillateur 10 et par un condensateur C 6 et une tor C 5 and a resistance R 13; this input is connected by a resistor R 15 and a resistor R 16 to the output of the operational amplifier O Pl of the oscillator 10 and by a capacitor C 6 and a
résistance R 14, cette entrée est reliée à la sortie. resistance R 14, this input is connected to the output.
La bobine de mesure 14 est reliée à la jonction des résistances R 15 et R 16; l'autre borne de la bobine de mesure est reliée par une résistance R 17 à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP 3; entre les deux bornes de la bobine de mesure 14 et la The measuring coil 14 is connected to the junction of resistors R 15 and R 16; the other terminal of the measuring coil is connected by a resistor R 17 to the output of the operational amplifier OP 3; between the two terminals of the measuring coil 14 and the
masse, on a chaque fois un condensateur C 7, C 8. ground, there is each time a capacitor C 7, C 8.
L'entrée non inversée de l'amplificateur opérationnel OP 3 est reliée par une résistance R 6 à l'entrée non inversée du comparateur K 1 et par une The non-inverted input of the operational amplifier OP 3 is connected by a resistor R 6 to the non-inverted input of the comparator K 1 and by a
résistance R 7 à la tension d'alimentation de 5 Volt. resistance R 7 at supply voltage of 5 Volt.
De plus, entre l'entrée non inversée de l'amplifica- In addition, between the non-inverted input of the amplifier
teur opérationnel OP 3 et la masse, on a une résistance OP 3 operational mass and ground, we have a resistance
R 8 et un condensateur C 4.R 8 and a capacitor C 4.
Le redresseur synchrone 20 comprend deux amplificateurs opérationnels OP 4, OP 5 dont les entrées inversées sont reliées chaque fois à une borne du commutateur analogique IC 4 En outre, l'entrée inver- sée de l'amplificateur opérationnel OP 5 est reliée par une résistance R 26 à la sortie de l'amplificateur opérationnel OP 4 et par une résistance R 27 à l'entrée The synchronous rectifier 20 comprises two operational amplifiers OP 4, OP 5, the inverted inputs of which are connected each time to a terminal of the analog switch IC 4. In addition, the inverted input of the operational amplifier OP 5 is connected by a resistor. R 26 at the output of the operational amplifier OP 4 and by a resistor R 27 at the input
inversée de l'amplificateur opérationnel OP 4. from the operational amplifier OP 4.
Les entrées non inversées des amplificateurs opérationnels OP 4, OP 5 sont reliées l'une à l'autre et conduisent en outre à l'entrée non inversée de The non-inverted inputs of the operational amplifiers OP 4, OP 5 are connected to each other and also lead to the non-inverted input of
l'amplificateur opérationnel OP 6 de l'étage d'entraî- the operational amplifier OP 6 of the drive stage
nement 32 ainsi qu'à l'entrée non inversée de l'ampli- 32 as well as the non-inverted input of the amplifier
ficateur opérationnel OP 3 du régulateur 17. operational ficitor OP 3 of regulator 17.
Entre l'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP 5 et la masse on a une résistance Between the inverted input of the operational amplifier OP 5 and ground there is a resistance
variable R 24; entre l'entrée inversée de l'amplifica- variable R 24; between the inverted amplifier input
teur opérationnel OP 5 et sa sortie, on a un condensa- OP 5 op erator and its output, there is a condensa-
teur C 3 ainsi qu'une autre résistance variable C 3 as well as another variable resistance
R 25; de plus la sortie de l'amplificateur opération- R 25; additionally the output of the operation amplifier
nel OP 5 conduit à une résistance R 23 du circuit nel OP 5 leads to a resistance R 23 of the circuit
d'entraînement 32.32.
En plus de l'amplificateur opérationnel OP 6 déjà évoqué, le circuit d'entraînement 32 comprend des résistances R 19 R 22 ainsi que des condensateurs Cli, C 12; la résistance R 20 et le condensateur Cil sont montés entre l'entrée inversée de l'amplificateur opérationnel OP 6 et sa sortie; l'entrée inversée est In addition to the operational amplifier OP 6 already mentioned, the drive circuit 32 includes resistors R 19 R 22 as well as capacitors Cli, C 12; the resistor R 20 and the capacitor Cil are mounted between the inverted input of the operational amplifier OP 6 and its output; the reverse input is
en outre reliée aux résistances R 23 et R 19. further connected to resistors R 23 and R 19.
La sortie de l'amplificateur opérationnel conduit par les résistances R 21, R 22 à la sortie 30 qui donne le signal de mesure compensée en température La sortie 30 est en outre reliée à la résistance R 19; un condensateur C 12 relier les The output of the operational amplifier leads by the resistors R 21, R 22 to the output 30 which gives the temperature compensated measurement signal. The output 30 is further connected to the resistor R 19; a capacitor C 12 connect the
résistances R 21 et R 22 et la masse. resistors R 21 and R 22 and ground.
Enfin, entre la bobine 14 et une entrée du commutateur analogique IC 4, on a un filtre passe-haut Finally, between the coil 14 and an input of the analog switch IC 4, there is a high-pass filter
formé de la résistance R 18 et du condensateur C 9. formed of resistance R 18 and capacitor C 9.
Le circuit de la figure 3 fonctionne comme suit: Le commutateur analogique IC 4 applique la résistance Rl en alternance à la masse et à la tension de référence (+ 5 V) Il s'établit ainsi une oscillation triangulaire sur le condensateur Cl (fonction exponentielle) A l'entrée inversée du comparateur K 1, la résistance R 4 génère une hystérésis Le comparateur Kl commute le commutateur analogique IC 4 chaque fois The circuit of Figure 3 works as follows: The analog switch IC 4 applies the resistance Rl alternately to ground and to the reference voltage (+ 5 V) It thus establishes a triangular oscillation on the capacitor Cl (exponential function ) At the inverted input of comparator K 1, the resistor R 4 generates a hysteresis The comparator Kl switches the analog switch IC 4 each time
que le comparateur atteint la valeur du seuil. that the comparator reaches the threshold value.
La tension obtenue est filtrée par le filtre passe-bas passif, à deux étages R 2, C 2 et R 3, C 3; le signal ainsi filtré est retenu et amplifié par l'amplificateur opérationnel OP 1 On obtient ainsi une oscillation pauvre en harmoniques qui alimente la The voltage obtained is filtered by the passive low-pass filter, with two stages R 2, C 2 and R 3, C 3; the signal thus filtered is retained and amplified by the operational amplifier OP 1 One thus obtains an oscillation poor in harmonics which feeds the
bobine 14.coil 14.
Le comparateur Kl fournit en même temps la cadence au redresseur synchrone 20, car la commutation des éléments de commutation 33, 34 du double The comparator K1 simultaneously supplies the rate to the synchronous rectifier 20, since the switching of the switching elements 33, 34 by double
commutateur analogique IC 4 se fait simultanément. analog switch IC 4 is done simultaneously.
L'élément de commutation 34 correspond de par sa fonction au commutateur analogique 21 du redresseur synchrone 20 de la figure 1 Comme les éléments de commutation 33, 34 se trouvent néanmoins sur la même plaquette, cela garantit que la phase des oscillations générées par exemple de l'oscillation sinusoïdale et de l'oscillation du redresser synchrone soit absolument constante L'amplitude du déphasage de l'oscillation du redresseur synchrone peut être adaptée à toutes les conditions par les deux filtres The switching element 34 corresponds by its function to the analog switch 21 of the synchronous rectifier 20 of FIG. 1 As the switching elements 33, 34 are nevertheless on the same wafer, this guarantees that the phase of the oscillations generated for example by the sinusoidal oscillation and the oscillation of the synchronous rectifier is absolutely constant The amplitude of the phase shift of the oscillation of the synchronous rectifier can be adapted to all conditions by the two filters
passe-bas R 2, C 2 et R 3, C 3.low pass R 2, C 2 and R 3, C 3.
Le régulateur 17 règle la tension appliquée à la bobine 14 de la manière décrite à la figure 1; c'est pourquoi, il est inutile de décrire ici son The regulator 17 regulates the voltage applied to the coil 14 as described in Figure 1; this is why, it is useless to describe here its
fonctionnement d'une manière plus détaillée. operation in more detail.
La tension à la sortie du régulateur ou à l'une des bornes de la bobine est injectée par le filtre passe-haut formé de la résistance R 18 et du condensateur C 9 dans le redresseur synchrone 20 Par un choix ou un réglage approprié de la résistance R 25, on règle la pente du signal de capteur et à l'aide de The voltage at the output of the regulator or at one of the terminals of the coil is injected by the high-pass filter formed by the resistor R 18 and the capacitor C 9 into the synchronous rectifier 20 By a choice or an appropriate adjustment of the resistance R 25, the slope of the sensor signal is adjusted and using
la résistance R 24, on règle le décalage Le condensa- resistance R 24, we set the offset The condensa-
teur C 10 assure le filtrage du signal Le circuit C 10 filtering the signal The circuit
d'entraînement 32 fournit le signal de sortie de l'en- drive 32 provides the output signal from the
semble du montage à la sortie 30.seems from the montage at exit 30.
La figure 4 montre un exemple de réalisation d'un capteur inductif différentiel Ce capteur 11 comporte deux bobines 35, 36 dont l'inductance varie en sens opposé, en fonction de l'amplitude de la mesure. Les bobines 35, 36 reçoivent le signal d'excitation, sinusoïdal, de l'oscillateur 10 par l'intermédiaire des deux résistances R 29, R 31 Les bornes opposées à la masse des bobines sont reliées au redresseur synchrone 20 par les condensateurs C 13, C 14 FIG. 4 shows an exemplary embodiment of a differential inductive sensor This sensor 11 comprises two coils 35, 36 whose inductance varies in opposite directions, depending on the amplitude of the measurement. The coils 35, 36 receive the excitation signal, sinusoidal, from the oscillator 10 via the two resistors R 29, R 31 The terminals opposite the ground of the coils are connected to the synchronous rectifier 20 by the capacitors C 13 , C 14
et par les résistances 30, 32.and by resistors 30, 32.
Le redresseur synchrone 20 est réalisé de Synchronous rectifier 20 is made of
façon analogue à l'exemple de la figure 3; il compor- similar to the example in Figure 3; he behaves
te toutefois un double commutateur qui est commuté te however a double switch which is switched
simultanément par les cadences de l'oscillateur 10. simultaneously by the cadences of oscillator 10.
Dans cet exemple de réalisation, il n'est pas prévu de régulateur qui pourrait être mis en oeuvre le cas échéant. L'oscillateur 10 génère des oscillations sinusoïdales appliquées aux deux bobines 33, 34 par les résistances R 29, R 31 Les résistances sont dimensionnées de façon appropriée pour que dans cet exemple de réalisation, le courant alternatif In this exemplary embodiment, no regulator is provided which could be implemented if necessary. The oscillator 10 generates sinusoidal oscillations applied to the two coils 33, 34 by the resistors R 29, R 31 The resistors are dimensioned appropriately so that in this embodiment, the alternating current
traversant les bobines soit relativement constant. crossing the coils is relatively constant.
Les deux tensions induites U 21 et U 22 sont injectées dans le redresseur synchrone par les deux circuits 35, 36 et le redresseur assure en même temps la soustraction Par un choix approprié de la phase de The two induced voltages U 21 and U 22 are injected into the synchronous rectifier by the two circuits 35, 36 and the rectifier ensures at the same time the subtraction By an appropriate choice of the phase of
détection, on peut déterminer la grandeur à mesurer. detection, the quantity to be measured can be determined.
Les tensions Ul et U 2 représentées à la The voltages Ul and U 2 represented at the
figure 4 ainsi que les intensités Ia, Ib, correspon- Figure 4 as well as the intensities Ia, Ib, correspon-
dant aux courbes de la figure 5; la tension de sortie UA est indiquées une fois avec filtre et une fois sans filtre supplémentaire; la courbe en trait interrompu dant to the curves of Figure 5; the output voltage UA is indicated once with filter and once without additional filter; the dashed curve
correspond à la tension de sortie UA avec filtre. corresponds to the output voltage UA with filter.
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