Conversion d'un signal fluctuant correspondant à un temps de transit entre deux repères en une tension proportionnelle à la vitesse moyenne

La présente invention a pour objet un dispositif de conversion d'un signal électrique fluctuant qui mesure le temps de transit d'un marqueur entre deux repères d'un capteur parcouru par un fluide, en une tension proportionnelle à la vitesse moyenne de ce fluide entre lesdits repères.

Ce dispositif s'applique au traitement des signaux de divers capteurs et notamment de ceux obtenus dans les capteurs ioniques de vitesse de fluides, dans lesquels le passage d'un nuage d'ions est détecté par des électrodes successives, dont un exemple est décrit dans la demande de brevet européen EP-A- 0 049 195. Dans certaines applications, les fluctuations instantanées de débit doivent être moyennées pour faciliter l'exploitation du signal.

Les solutions de l'art antérieur consistent par exemple à traiter successivement le signal dans différents circuits tels que convertisseur temps tension, suivi d'un circuit de maintien, puis d'un diviseur analogique et d'un circuit de moyennage.

Le dispositif objet de la présente demande, apporte une simplification au traitement électronique du signal ainsi qu'une plus grande stabilité par suite de la présence d'une boucle de retour qui compense les dérives. Il assure en outre, s'il est nécessaire, un cadencement variable des évènements à l'entrée en fonction de la valeur moyenne élaborée de la vitesse dudit fluide.

L'invention sera maintenant décrite en se référant aux figures annexées.

• La figure 1 est un schéma synoptique de l'ensemble du dispositif appliqué au traitement du signal d'un capteur ionique de débit gazeux à temps de transit.
• La figure 2 est le schéma diagramme des tensions variables en différents points du circuit de conversion.
• La figure 3 est la représentation graphique d'une loi de cadencement des événements d'entrée appliquée au capteur ionique de la figure 1.

Sur la figure 1 a été représenté un capteur ionique 1 de débit de fluide circulant entre l'entrée 2 et la sortie 3.

Des impulsions de haute tension sont appliquées à des aiguilles 4 créant des ions qui passent à travers une grille écran 5 et deux électrodes de mesure 6 et 7 qui recueillent des tensions décalées dans le temps traitées par un circuit électronique 8 de détection de crête. A la sortie 9 de ce circuit 8 est obtenue une impulsion de tension dont la durée est égale au temps de transit des ions entre les électrodes de mesure 6 et 7.

Le signal est appliqué à un circuit 10 comparateur de temps entre les signaux arrivant à son entrée 11 correspondant à la sortie 9 et à une autre entrée 12 provenant d'un circuit 13 simulant le fonctionnement du capteur 1 et dont le rôle sera expliqué plus loin.

L'impulsion arrivant en 12 issue du simulateur 13 démarre en même temps que celle arrivant à l'entrée 11 mais avec en général, une durée différente car elle est représentative de la moyenne des durées des impulsions issues du détecteur 8 de crête. Si le signal de l'entrée 11 est plus court, la sortie 14 du circuit 10 connecte la sortie 15 d'un inverseur électronique 16 à une tension positive de référence 17. Dans le cas contraire, la sortie 15 est connectée à une tension négative 18.

La sortie 15 est connectée à l'entrée 19 d'un intégrateur 20 par l'intermédiaire d'un interrupteur analogique 21 commandé en son entrée 36 par un circuit monostable 22 recevant sur son entrée de synchronisation 23 un signal émis par le comparateur de temps 10 lorsque la comparaison est achevée.

La sortie 24 de l'intégrateur 20 qui représente le signal de sortie du dispositif est appliqué à l'entrée 25 du simulateur 13 du capteur 1. Ce simulateur 13 fournit à sa sortie 26 reliée à une borne de sortie 35, une impulsion de temps proportionnelle à l'inverse de la tension présente à son entrée 25, lorsque parvient à son entrée auxiliaire 27 le signal issu de la sortie 9 du détecteur de crête 8.

Le signal de la sortie 24 est également appliqué à l'entrée 28 d'un circuit de cadencement 29 qui délivre sur sa sortie 30 des impulsions appliquées à l'entrée 31 du générateur de haute tension 32 dont la sortie 33 est connectée aux aiguilles 4.

Sur la figure 2 a été représentée l'évolution en fonction du temps des tensions électriques à différentes entrées ou sorties de la figure 1 avec leurs repères correspondants.

La courbe 2a représente la sortie 30 du cadenceur 29. Aux instants t1 et t7 une impulsion de charge est envoyée au générateur 32, la fin de l'impulsion en t2 ( ou t8) fait apparaître une haute tension correspondant à la courbe 2b sur la sortie 33 qui est appliquée aux aiguilles 4 et provoque la création d'un nuage d'ions qui se déplace avec le fluide.

La courbe 2c montre entre les instants t3 et t6 d'une part, et t9 et t10 d'autre part, le signal électrique à la sortie 9 de la détection de crête 8 qui correspond à deux temps de transit successifs représentés très différents.

La courbe 2d représente le signal à la sortie 26 du simulateur 13 de capteur qui apparaît entre les instants t3 et t4 d'une part, et t9 et t12 d'autre part. La borne de sortie 35 reliée à la sortie 26 permet de disposer des impulsions délivrées par le simulateur 13. La courbe 2e représente le signal à la sortie 14 du comparateur de temps 10. A l'instant t4 le signal de sortie du simulateur 13 basculant avant celui de la détection de crête 8, la sortie 14 prend un état haut et le conserve jusqu'à la prochaine comparaison.

Dans le cas représenté à l'instant t10 le signal de la sortie 9 revenant à l'état bas avant celui du simulateur, le signal de sortie du comparateur 10 prend l'état bas et le conserve jusqu'à la prochaine comparaison.

La courbe 2f représente le signal sur la sortie 36 du monostable 22 qui est déclenché lors de chaque comparaison pour un temps déterminé.

La courbe 2g correspond au signal présent à l'entree 19 de l'intégrateur 20, un incrément de décharge est appliqué à celui-ci entre les instants t4 et t5 à la suite suite de la comparaison des durées d'impulsion des sorties 9 et 26 (courbes 2c, 2d).

Cette comparaison a montré que le simulateur ayant délivré un signal de durée inférieure à celle du signal fourni par le détecteur 8 de crête et étant de ce fait plus rapide que le capteur, il y avait lieu de décrémenter la tension de sortie 24 de l'intégrateur appliquée en 25 au simulateur de capteur 13 en vue d'égaliser les durées des impulsions du capteur et du simulateur. La courbe 2h montre l'effet de ce décrément entre les instants t4 et t5.

Le phénomène inverse a lieu entre les instants t10 et t11 pour assurer l'asservissement de la durée de l'impulsion du simulateur à celle du capteur. La borne de sortie 35 délivre en conséquence, une impulsion dont la durée représente la durée moyenne des temps de transit du capteur.

Le démarrage initial du processus est assuré en réglant le cadenceur 29 de telle manière qu'il produise des signaux à faible fréquence de répétition même pour une tension utile nulle à son entrée 28.

La figure 3 montre une variation possible de ce cadencement pour l'application décrite à un capteur ionique de vitesse de fluide. Le dispositif peut s'appliquer à tous les types de capteurs à temps de transit, le cadencement pouvant être fixe ou variable sans sortir du cadre de l'invention.

La réalisation du dispositif peut être obtenue avec des circuits intégrés usuels du commerce. A titre d'exemple, il est possible de réaliser le comparateur de temps 10 avec des portes logiques "NON ET" type 4011 et une bascule D type 4042, l'inverseur analogique 16 et l'interrupteur analogique 21 avec des portes analogiques type 4066, l'intégrateur 20 avec un amplificateur opérationnel type 2904, le simulateur 13 avec un amplificateur opérationnel type 2904 monté en intégrateur commandé par des portes analoqiques type 4066 et connecté à un comparateur de tension de type 2903, le monostable 22 à partir du circuit type 4528, le cadenceur 29 à partir d'un générateur d'impulsions de type 555.

Une réalisation plus industrielle sera obtenue avec un circuit intégré spécifique regroupant les fonctions précédentes.