Note: Descriptions are shown in the official language in which they were submitted.
~L2~3
L'invention concerne un phasemetre multipério-
dique.
Les phasemetres modernes fournissent une mesure
de phase limitée a ~ 180 et/ou 0~360. La mesure de la phase
étant réservée a la caractérisation d'ondes périodiques, il en
resulte une ambiguite systématique pour les valeurs 0 et 360 et
ses multiples ou ~ 180 et ses multiples.
La présente invention a notamment pour but de
remedier ~ cette ambiguite et concerne, a cet effet, un phase
mètre multiperiodique pour mesurer la difference de phase entre
deux signaux d'entree r comprenant:
a) des moyens lncluant un phasemetre proprement
dit agencé pour fournir une onde en forme de creneau représenta~
tive de la valeur instantanee de la différence de phase mesurée
entre les deux signaux d'entrée, la largeur des impulsions de
cette onde variant d'une première valeur a u.ne seconde valeur
chaque fois que la différence de phase varie de 360;
b) des moyens~ntégrateurs, pouvant etre cons-
titués par un filtre passe-bas, reli~s au phasemetre pour rece~oir
~. et integrer l'onde en forme de creneau et en extraire un siynal
representatif de sa valeur moyenne;
c) des moyens pouvant ~tre constitu~s par un
derivateur analogiquel relies aux moyens integrateurs pour
recevoir et deriver le signal representatif de la ~aleur moyenne
de l'onde en forme de creneau et fournir ~ sa sortie un signal
dérivé ayant une premi~re ou une secondepolarité représentative
du sens de variation de ce signal représentatif de la valeur
moyenne; et
d) des moyens comprenant un compteur-décompteur :
pour fournir un signal représentatif de la somme du nombre de
difference de phase de ~360~ (~ addition) et du nombre de
différences de phase de -360q (~ soustraction~ detecté par le
4~g3
phasemètre, cette somme étant représentative du dép~asage entre
les deux signaux d'entrée.
L'invention sera mieux comprise ~ la :lecture de
la description non-limitative qui va suivre cl'un exemple de
réalisation, avec référence aux desslns ci-joints, dans lesquels:
Les figures 1, 2 et 3 donnent le principe de la
mesure usuelle de la phase ~ dans la limite cl'une période T;
la figure 4 représente le schema synoptique d'un
mode de réalisation du phasemetre multipériodique conforme a
10 l'invention; ;
la figure 5 représente le diagramme temporel des : ~
signaux enregistrés en des points signi.ficatifs du phasemètre ~
de la figure 4;
la ~igure 6 représente un exemple d'une mesure
de déphasage s'étendant sur plusieurs periodes; ~ -
la figure 7 est le diagramme d'un autre exemple
d'une mesure de dephasage.
Les phasemetres actuels procurent une bonne pré-
cision (~ 0,1 pour les fréquences de travail inférieures au MHZ) ~:
e5sentiellement par un repérage précis des instants de passagepar zéro. Le résultat de la comparaison du signal d'entrée a
son passage par zéro esten sortie une onde rectangulaire a fronts
raides dont la briaveté dépend uniquement des caractéristiques de
transfert (gain ~t bande passanke) du comparateur d'amplitude
utilisé.
La figure 2 illustre le résultat de cette compa-
raison entreprise avec les signau~ d'entree que montre la figure 1.
Par le jeu de la comparaison a gain élevé, la pente des signaux . .
s'est considérablement accrue, rendant négligeable, par rapport
~0 ~ la période T, l'imprécision due a leur temps de montée et de~`
descente. Si, a l'instant to~ on enclenche un multivibrateur
bistable et qu'a l'instant tl sa période soit interrompu , on
2 -
7~3
obtient la forme d'onde illustree par 1~ ~igure 3. Si, d'autre
part, le muItivibrateur est agencé pour qu'a l'instant to et
jusqu'a llinstant tl il permette la mise en circuit d'une source
de réérence précise d'amplitude Vref et permette pendant le
reste de la periode de laisser retomber le potentiel ~ zéro, ;~
alors la valeur moyenne de ce creneau sera:
Vm = Vref (T)~
et sera representative de la phase du signal d'entrée par rapport
à la référence.
Dans la plupart des phasemetres, la génération
de la tension continue moyenne s'obtient par l'action d'un filtre
passe-bas de fréquence de coupure appropriée dont le plus simple
est le réseau intégrateur a resistance et capacite~ La principale
limitation a l'utilisation des phasemetres est l'ambiguite citée
plus haut. En effet, la figure 3 montre ~ l'evidence que rien
ne différencie l'instant to plac~e au début de la periode de celui
qui la termine ou marque l'origine de la suivante; par conséquent,
les phases O, + 360 ... n x + 360 sont équi~oques. Dans
certaines applications (par exemple la mesure de la vitesse
d'ecoulement d'un fluide) mettant en oeuvre des ondes harmoniques,
la varlation de phase peut, en dépassant 360, rendre la mesure
ambiguë.
En se reportant au schéma synoptique de la figure
4 et au diagramme temporel de la figure 5, on constate que le
phasem~tre 1 re~oit sur ses bornes d'entrée l'onde harmonique
de reference Ref et le signal ~ mesurer S.
LQ phasemetre 1 est agencé pour fournir sur sa
borne de sortie A une onde en ~orme de créneaux représentative
du dephasage instantane entre les deux ondes.
Le signal lA est applique au filtre passe-bas 2
~ 2a -
3 ~ 3
qui en extrait la valeur moyenneO Le filtre passe~bas est un
filtre actif dont la fréquence de coupure est réglée pOllr limlteX
l~ondulation résiduelle a une valeur acceptableO La tenslon de
sortie 2B du filtre 2 represente la valeur moyenne du déphasage
entre le signal S et la référence Ref à 1intérleur des limites
0 et 360a (Tension nulle à 0~ et maximale a 360)~ :
Lorsque l'onde à mesurer subit des variations de
plusieurs périodes9 la valeur moyenne du signal courbe 3A change
brusquement de niveau à chaque passage par 360~ Pour une vaxia-
tion dirigée dans le ~ens positifg c'est a~di~e de 360 ~ ) vers360~ (~) 3 la variation brutale de niveau est dirigée dans le
sens négatif, par contre une variation de phase dirigée en sens
inverse9 c'est-à-dire de 360~ (~) vers 360 (-)D détermine une
variation de niveau à pente positive (voir le sens des flèches
de la courbe 3A de la figure 5)~
Le dérivateur analogique 3 reçoit sur sa borne
d'entrée 3A le signal représentatif du déphasage moyen et fournit
sur sa borne de sortie 3B la dérivée première du signal d'entréeO
Cette dernière ne comprend donc plus que les fronts d'onde
représentatifs des passages par ~ 360 9 diférenciés selon le
sens de la variationO Le détecteur de polarité 4 a pour but de
partager en deux canaux distincts les signaux dqentrée 4A
élaborés par le précédent difféxentiateurO Il consiste en un ~ -
double détecteur à diodes semi~conductrice~ qui a pour r81e
d'aiguiller sur la borne 4B les seules impulsions négatives et
sur la borne 4C les seules impulsions positives 9 ,``, ``
Sur la courbe représentative des signaux apparais~
sant sur la borne 4B9 on constate que la sequence commence par
une commande négative9 c'est-à-dire par un déphasage posi~if de
360; ces impulsions sont transmises respectivement aux bornes
de commande du circuit à mémoire 5 constitué par un multivibrateur
bistable (flip-flop)~ La borne 5A du multivib~ateur excitée par
les seules impulsions négatives permet de porter la borne D à
l'état logique hautg tandis que la borne 5B sensi~le aux seules
impulsions positives porte la borne D du ~ultivibrateur à son
état logique basO Par convention9 on attribuera au niveau logique
haut le r81e de commander ultérieurement la fonction comptage du
compteur-décompteur ~ qui fait suite et au niveau basg eelui de
commander la fonction décomptage~ ~:
Le type de mémoire à multivibrateur bistable
;, . :~ ".
:~
.: , . ;,~ : : .,: ,. : . :
:" .:: . . . :.
- ~ . :...... .. : :
t3
utilisé n~autorlse le changement d'état de son ni~eau loglque
de sortle que si9 à une impulsion de polarité convenable appllquée
sur sa borne d9entrée 5A ~set) 9 succède une impulsion de pol~-
rité inverse appli~uée sur sa borne SB ~Reset)~ Par conséquent7
après qu'une transition de nlveau ai-t lieu~ ~ne succession
d9impulsions de commande de polarité identique a la premiere
appliquée à 19 une ou l~au-tre des bornes de commande est sans
effetO Avant d~entreprendre toute nouvelle mesure9 les circuits
él~ctroniques sont remis à zéro par un saut de tension appliqué
à l9instant to à la borne 8A du dispositif 8 de remise à zéroO
Le circuit dlarmement 7 couplé électriquement au
dispositif de xemise à zéro 8 a pour but de réaliser un armement
préalable en sensibilisant les circults du multivibrateur 5 à
partir de l'instant tl o A partir de cet instant9 la borne 5D de
la mémoire est portée au niveau logique haut et est par consé
quent apte à fournir au compteur 190rdre de ~ompter sans autori
sation supplémentaire~ Le compteur-dé~-ompteur 6 re~olt sur sa
borne 6C les impulsions normalisées produltes par le phasemètre 1
chaque fois que le signal franchit la phase 360~ et sur sa borne
6A l'ordre de compter ou de décompter~ le total n étant à tous
moments disponible sur sa borne 6Bo
A la sortie de ce phasemètre9 on pourra donc
disposer de la valeur instantanée Vi du déphasage compris entre
~ 0 et + 360 et du nombre de passages n du vecteur par 190ri-
gine déterminant la partie entière du déphasage.
Dans le but de bien faire comprendre le fonction~
nement du phasemètre multipériodiqueg on se référera aux deux
exemples ci~après ~e~emples simples ne comportant pas de partie
fractionnaire de phase ~ a~outer ou retrarAcher).
Soit la fréquence arbitraire représentée par la
figure 60 La mémoire 5 a été remise préalablement à zéro par le
dispositif 8 à l9instant to~
A l'instant tl 9 1 9 opérateur a armé la mémoixe 5
qui passe à l'état logique hau~0 A partir de l~instant tl 3 la
marche du phasemètre est entlèrement automatiqueO
A l'instant t29 se présentent simultanément lapremière impulsion à co~pter qui sera appliquée sur la borne 6C
du compteux et l~impulsion de polarité qui 9 elle 9 sera appliquée
sur la borne 5A de la mémoireO Comme cette dexnière a été
préalablement armée pour perme~tre 12 CODlpta~e9 l'impulsion de
': ,`. - ~' :
,, , - . .
" . ~ ' :' ~
'` , ' ; ," ,:
.
7~3
polaxlté est sans effet sur son etat logique et le compteur
décompteur marque la colnoldenc2 des états loglques en oomptant o
1 à l~insta~ ~29
2 a l~instant t
s 3 ~ a~ 0
Le résul-tat du comptage recue~ sur la borne
de sortie 6B du compteur-decompteur repr'sente par ¢onvention o
~ 2 -~ ~ 720
+ 3 O D~ ~ 1083~
A partlr de t5 se succèdent Jusqu'à t8 quatre
impulsions de commande de polaxi~é positiveDdont la premiLère
appliquée à la borne 5A va faire passer l~état logique de la
mémoire à son niveau bas~donnant ainsi au compteurdécompteur 6
lS l~ordre de déco~pter quatre unitésO
En appl.iquant la règle convenue précédemment, on
a successivement 0
Précédent total Nouveau total Phase
3 1 ~ ~ 2 ~ 720
2 1 ~ 360
O ~ 360
EniLII 9 ~ l?instan~ tgg le signe de polarité
redevenant positif 9 la mémoire xepasse à llétat haut donnant
au compteur-décompteur 6 l~ordre de compter l~impulsion qui se
présente à cet instant à la boxne 6C et qui9 ajout~ au total
précédentg fournit co~e résultat
Le deuxième exemple est illus~ré pax la figure 7
Llordre ohronologique de la nouvelle séquence
restant identique à la pxécedente 9 on a ~
~ a 1~ instant to r~mise à ~ér~ des CiXCults
électronlques
- à l'instant tl armement d~ la mémoire.
A paxtir de t2 9 la nouvelle séquence montxe que
les impulsions de co~mande sont de polarlté inverse d~ la
précédenteg ce qui conduit a o
,: , , : . , , . . :
. ,: . : : ~ . ,, . : :: : ~:: ,: .
`~ ` ` 6 ~ 7~3
,,
Instarl1t Compte To1t~1 Phase
~0
t 1 Q 6)
t2 1 ~ :~L ., 3
~3 ~ ~ 720
t4 ~ 1 ~ 3 c 108
t 5 ~ 1 r 2 7 20
t6 1 1 ~ 1 ~ ~l6C~
~7 ) 1 S) 0~;
t8 + ~ * 1~ 36Q~
tg - 1 0
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