DESCRIPTION

Domaine technique

La présente invention concerne un oscillateur numérique, et un circuit d'alimentation d'une sonde à courants de Foucault.

Etat de la technique antérieure

Un appareil à courants de Foucault multifréquence classique a un synoptique tel que celui représenté à la figure 1. Il comprend successivement un oscillateur-équilibreur 10, un injecteur 11, un démodulateur 12 délivrant une sortie numérique SN.

L'oscillateur a pour fonction de produire un signal multifréquence sur la base d'une somme de 1 à N sinusoïdes pures. L'équilibreur a pour fonction de minimiser l'influence des porteuses pour amplifier relativement le signal modulant (signal courants de Foucault) . L' injecteur 11 a pour fonction d'alimenter un capteur 13 dans lequel s'effectue la modulation par courants de Foucault.

Le démodulateur 12 a pour fonction d'extraire le signal modulant (modulation par courants de Foucault) des porteuses utilisées.

Dans un tel appareil, les données techniques sont généralement les suivantes :

- les porteuses sinusoïdales ont une fréquence comprise entre 1 kHz et 4 MHz ;

- un appareil de mesure utilise couramment entre une et quatre porteuses simultanément ;

- la bande passante des signaux courants de Foucault ne dépasse pas 1 kHz ; - la modulation par courants de Foucault est une modulation complexe : amplitude et phase ;

- le démodulateur 12 a pour fonction d'extraire ces deux informations pour chacune des porteuses. Il extrait sous forme cartésienne le signal modulé dans le capteur, ayant l'équation suivante : X cos(wt) + Y sin(wt) . Le démodulateur extrait

X ety .

L'une des manières de réaliser la fonction oscillateur consiste à faire osciller un montage à base d'amplificateur opérationnel. La fréquence générée dépend alors des valeurs des composants passifs connectés autour du circuit intégré. L'avantage est que la fréquence produite est réglable avec précision à l'aide d'un simple potentiomètre. Les inconvénients sont les suivants :

- le réglage de la fréquence est manuel ;

- les caractéristiques du signal produit (fréquence, amplitude, qualité..) sont sensibles à des paramètres extérieurs à la mesure comme la température ;

- il faut une carte oscillateur pour chaque porteuse à générer.

Cet oscillateur peut être un oscillateur numérique ayant la structure représentée à la figure 2. Il comprend alors un oscillateur à quartz 20, un compteur 21, une mémoire PROM 22, un convertisseur numérique-analogique 23 et un filtre 24.

L'oscillateur à quartz 20 assure une très grande stabilité de la fréquence produite.

Le compteur 21 est un compteur programmable dont les sorties constituent le bus d'adresses de la mémoire PROM.

La mémoire PROM 22 est un ensemble de mémoires non volatiles, effaçables par rayonnement ultraviolet et donc reprogrammables. Ces mémoires contiennent les échantillons d'un certain nombre de sinusoïdes numérisées à la fréquence du quartz.

Le convertisseur 23 est un convertisseur numérique-analogique 12 bits rapide. Il est suivi du filtre passe-bas 24 chargé d'éliminer la fréquence du quartz. Cet oscillateur présente l'avantage de ne pas dériver en fonction de la température ou des autres événements extérieurs. Il présente toutefois les inconvénients suivants :

- le choix de fréquences est limité : en effet, à un instant donné, toutes les fréquences pouvant être générées sont stockées dans la mémoire PROM. Si l'utilisateur veut une fréquence qui n'est pas en mémoire, il doit arrêter l'appareil, retirer les mémoires PROM de la carte oscillateur, et les remplacer par un autre jeu de circuits ;

- il faut un ensemble tel que celui illustré sur la figure 2 par fréquence à générer. Il faut quatre ensembles pour un appareil à courants de Foucault multifréquence standard ; - il n'est pas possible de générer n'importe quelle fréquence. En effet, les fréquences possibles sont données par la formule :

_F - ^P - ^F , N P est le nombre de périodes de sinusoïdes numérisées,

F _q est la fréquence du quartz,

N est le nombre de points numérisés, Pet/V sont des entiers.

On voit donc que l'on peut générer plus de basses fréquences que de hautes. Le principe est de diviser F _q par un entier. La résolution est d'autant plus fine que l'on se trouve dans les hautes valeurs de W. On a par exemple : P=l : une seule période de sinusoïde est décrite, F _q ≈10 MHz,

Λ/=4 on a la fréquence 2.5 MHz ; pour Λ/=5 on à 2 MHz, soit 500 kHz d'écart pour un seul pas. ^' .En revanche, pour Λ/=400 on a 25 kHz et pour Λ/=401 on a 24938 Hz, soit un écart de seulement 62 Hz pour un seul pas. Et il est impossible de générer des fréquences entre 2 et 2.5 MHz. C'est une limitation qui peut s'avérer gênante dans les conditions d'utilisation d'un appareil à courants de Foucault.

Un autre type d'oscillateur numérique est représenté sur la figure 3. Il comprend un oscillateur à quartz 30, un compteur 31 suivi de quatre mémoires 32, un sommateur 33, un convertisseur numérique- analogique 34 et un filtre 35.

Le compteur 31 commande cette fois-ci quatre bus d'adresses.

Les mémoires 32 sont de type volatile. De la même manière que les mémoires PROM, elles sont chargées par des sinusoïdes numérisées.

A chaque coup d'horloge du quartz 30 une addition est effectuée entre les quatre bus de données des mémoires. L'addition est effectuée par une unité de calcul temps réel. La sortie de l'oscillateur est identique au précédent.

Cet oscillateur a l'avantage de pouvoir générer une somme de signaux et d'être reprogrammable par simple paramétrage. Un microprocesseur embarqué dans l'appareil est capable de recalculer les échantillons à stocker dans les mémoires. En revanche, il a l'inconvénient d'être lourd dans sa structure : complexité à gérer les différents bus et les différents compteurs programmables .

Exposé de l'invention

La présente invention concerne un- oscillateur numérique comprenant un oscillateur, un compteur, une mémoire, un convertisseur numérique- analogique et un filtre passe-bas, caractérisé en ce que la mémoire est apte à mémoriser directement un signal complexe, en particulier une somme de sinusoïdes à des fréquences différentes telles qu'employées dans les appareils de mesure par courants de Foucault, ce qui permet de ne pas utiliser une unité de calcul temps réel.

L'oscillateur peut être utilisé dans un appareil à courants de Foucault pour les fonctions d'excitation, d'équilibrage ou de démodulation. Dans une application avantageuse cet oscillateur peut être utilisé dans un circuit d'alimentation d'une sonde à courants de Foucault. Ce circuit comprend alors deux oscillateurs générant deux signaux synchronisés, l'un servant pour l'injection et l'autre pour l'équilibrage.

Avantageusement ce circuit comprend une sortie qui est reliée à un accès de mesure absolue. Les deux fonctions de détection de courants de Foucault et d'alimentation de la sonde sont séparées. Ce circuit comprend deux amplificateurs, le premier assurant

l'asservissement de la tension et permettant de prélever à sa sortie une tension de mesure absolue, et le second assurant l'alimentation de la sonde.

Avantageusement l'entrée du second amplificateur est reliée à une entrée d'équilibrage, et l'équilibrage est réalisé au travers d'un oscillateur numérique particulièrement apte à assurer cette fonction.

Brève description des dessins

- La figure 1 illustre un appareil à courants de Foucault multifréquence de l'art connu ;

- la figure 2 illustre un premier oscillateur numérique de l'art connu ;

- la figure 3 illustre un second oscillateur numérique de l'art connu ;

- la figure 4 illustre l'oscillateur numérique selon l'invention ; - la figure 5 illustre un système d'équilibrage utilisant l'oscillateur de l'invention.

Exposé détaillé de modes de réalisation

L'oscillateur de l'invention, représenté sur la figure 4, comprend un oscillateur à quartz 40, un compteur 41, une mémoire volatile 42, un convertisseur numérique-analogique 43 et un filtre 44.

Le compteur 41 n'est plus programmable : il balaye en permanence la totalité des adresses de la mémoire 42. L'innovation consiste à stocker directement dans la mémoire 42 un signal complexe qui est la somme de plusieurs signaux électriques qui peuvent être des signaux carrés, triangles ou sinusoïdaux : par exemple une somme de sinusoïdes, au lieu de faire les additions

par la suite. Les fréquences possibles sont données par la formule :

k.F _n

F = -

Taille _ mé moire

k= 1 , 2 , 3

La plus petite fréquence possible est donc la division de F _q , fréquence du quartz, par la taille de la mémoire utilisée. On peut ensuite générer .tous les multiples de cette fréquence : la résolution de la mémoire 42 est donc continue de F _q /taille mémoire à F _q 12 .

Par ailleurs, toutes les fréquences étant décrites par le même nombre d'emplacements mémoire, il est facile de faire la somme de plusieurs sinusoïdes avant d'écrire dans la mémoire.

Cette solution réunit donc tous les avantages :

- grande simplicité de construction ; - résolution de fréquences possibles dépendant de la taille de la mémoire, mais fixe ;

- capacité à générer des sommes de sinusoïdes (ou somme de signaux) .

L'oscillateur tel que décrit ci-dessus peut être utilisé dans un circuit d'alimentation d'une sonde à courants de Foucault. La structure est alors celle représentée sur la figure 5.

Deux oscillateurs 50 et 51 génèrent deux signaux synchronisés I et E, ces deux oscillateurs utilisant le même quartz 52. Ces deux signaux servent l'un (I) pour l'injection, l'autre (E) pour l'équilibrage. La tension d'injection I sur une première entrée d'un premier amplificateur 53 au

travers d'une résistance RI, la seconde entrée de cet amplificateur étant à la masse, la sortie étant reliée à l'entrée d'un autre amplificateur 54 au travers une résistance R4, la tension d'équilibrage E est également reliée à cette entrée à travers une résistance R5. La sortie du second amplificateur 54 est reliée à la sonde à courants de Foucault 55 à travers une résistance R6. Une résistance R2 est disposée entre la première entrée et la sortie du premier amplificateur 53. Une résistance R3 est disposée entre la première entrée du premier amplificateur R6 et la sonde 55.

Dans un exemple de réalisation .les résistances ont les valeurs suivantes :

RI = R3 = 1 kΩ

R2 = 40 kΩ R4 = 2 kΩ

R5 Ξ 650 Ω R6 ≡ 300 Ω Cette structure permet une amélioration substantielle du procédé d'équilibrage décrit dans un brevet européen EP-A-0 086 158. Ce brevet décrit, en effet, un circuit d'alimentation d'une sonde à courants de Foucault à deux enroulements, à deux voies d'alimentation en parallèle reliées à une sonde par un câble, chaque voie comprenant un enroulement de référence, et un circuit d'amplification à résistance de contre-réaction, dans lequel l'équilibrage est réalisé par un amplificateur disposé dans chaque voie. En effet, le réglage de phase s'effectue dans l'invention de manière extrêmement précise en chargeant dans la mémoire de chaque oscillateur un signal déphasé par rapport à 1 'autre. Par ailleurs la nécessité de générer un signal d'équilibrage est bien

liée à l'utilisation d'un injecteur du type décrit dans le brevet européen EP-A-0 086 158.