Appareil pour élaborer un signal électrique représentant la valeur moyenne d'une tension électrique variant de façon continue La présente invention a pour objet un appareil pour élaborer un signal électrique représentant la valeur moyenne, établie dans un intervalle donné, d'une tension électrique variant de façon continue.
Cet appareil est caractérisé par le fait qu'il comprend des moyens hacheurs et diviseurs agencés de manière à hacher cette tension électrique pour en faire des impul sions discrètes de durée invariable et de manière à déli vrer séparément ces impulsions à partir de portions posi tives et négatives dudit signal, deux sommateurs d'impul sions connectés aux moyens hacheurs et diviseurs de manière que l'un d'eux reçoive toutes les impulsions. d'une polarité et que l'autre reçoive toutes les impulsions de polarité opposée,
et un amplificateur différentiel con necté de manière à recevoir des signaux délivrés par ces sommateurs à la fin dudit intervalle et agencé de ma- mère à émettre un signal électrique représentant la diffé rence entre les signaux issus des sommateurs et, par conséquent, ladite valeur moyenne.
Dans le dessin annexé, donné à titre d'exemple la fig. 1 est un schéma d'un sommateur d'impulsions susceptible d'être utilisé dans un appareil d'intégration conforme. à l'invention<B>;</B> la fig. 2 est un schéma d'une forme d'exécution pré férée d'un appareil d'intégration conforme à l'invention<B>,</B> et la fig. 3 est un diagramme représentant les divers signaux électriques que l'on rencontre en cours de fonc tionnement de l'appareil représenté à la fig. 2.
Le sommateur d'impulsions représenté à la fig. 1 comprend deux bornes d'entrée Il et 12 entre lesquelles sont connectés deux condensateurs montés en série, l'un étant un condensateur d'alimentation FC relié à la borne I1 et l'autre étant un condensateur de stockage SC relié à la borne 12. Une ligne EL connectée à la borne 12 cons titue la ligne à potentiel. nul du circuit, ligne qui est en général reliée à la terre. Le point de connexion J entre ces deux condensa teurs est relié, par l'intermédiaire d'un condensateur de couplage CC à l'entrée d'un amplificateur A, lequel est agencé de manière qu'il y ait un déphasage de 1800 entre sa sortie et son entrée; cette sortie est connectée en arrière, par l'intermédiaire d'une diode D, au point de connexion J.
A ce dernier est également reliée une ligne de sortie OL.
Supposons que, au cours. du fonctionnement, la borne I1 reçoive. une succession d'impulsions positives par- rap port à la borne. 12. Au début, les condensateurs- FC et SC sont déchargés et la première impulsion les charge tous deux de la même quantité, de sorte que le. point de connexion J se trouve, par- rapport à la borne 12, à une tension V = k X Pl, où
EMI0001.0012
P1 = amplitude de première impulsion.
Le changement de tension du point de connexion J a. un effet sur l'amplificateur A, mais ceci est sans impor tance, car signal de sortie qui en résulte est négatif et se trouve donc bloqué par diode D.
A la fin de cette première impulsion (à son front arrière), les deux condensateurs FC et SC tendent toute fois à se. décharger pour retrouver leur état initial et la tension- du point de connexion J commence à baisser. Un signal négatif apparaît donc à l'entrée de l'amplifi cateur A, qui engendre un signal positif ; ce dernier est reporté à travers la diode D vers point de connexion J.
Le signal de sortie de l'amplificateur A a donc pour effet de recaler le condensateur d'alimentation FC, c'est- à-dire de. lui restituer la charge qu'il n'a pu récupérer du condensateur de stockage le signal de sortie de l'amplificateur A empêche la tension du point de con- nexion J de chuter, à la petite baisse près qui est néces saire pour faire réagir l'amplificateur.
Cette petite baisse est négligeable si le gain de l'amplificateur A est élevé, de sorte que la tension en J reste V = k. Pl.
Au moment où arrive la deuxième impulsion (d'am plitude P2), les condensateurs FC et SC se chargent comme précédemment, ce qui produit au point J un accroissement de tension de k. P2. La tension résultante au point J est donc k (Pl -f- P2). A la fin de la deuxième impulsion, il se produit à nouveau une baisse négligeable de la tension au point J, l'amplificateur A entrant à nouveau en action pour restituer la charge du condensa teur d'alimentation FC.
Après que n impulsions ont été reçues (dont les amplitudes respectives sont Pl, P2, P3, ... Pn), il est évident que la tension au point J vaudra k (Pl -I- P2 - P3 -#- ... T Pn), et sera par conséquent proportion nelle à la somme des amplitudes des impulsions. Le cas échéant, on peut faire en sorte que la tension au point J soit égale à la valeur moyenne de ces amplitudes: il suffit de donner aux condensateurs des capacités telles que: capacité de SC = (n -1) X capacité de FC car alors k = 1/n.
On voit que, en fait, les deux condensateurs, celui d'alimentation (FC) et celui de stockage (SC), sont con nectés en série à la source d'impulsions, quelle que soit par ailleurs la nature de cette dernière. S'ils n'étaient pas associés aux moyens de stabilisation que constituent l'amplificateur A et la diode D, ces condensateurs ne feraient que se charger au début de chaque impulsion (à l'apparition de son front antérieur) et se décharger à la fin de celle-ci (à l'apparition de son front postérieur). Du fait de leur liaison, ces condensateurs ne seraient que le siège d'un transfert de charge, dans un sens, au début de l'impulsion, et dans le sens inverse, à la fin de celle-ci.
Tant que les condensateurs restent chargés, c'est-à-dire tant que dure l'impulsion et une fois achevé le processus de charge, les tensions à leurs bornes sont inversement proportionnelles à leurs capacités, la somme de ces ten sions étant égale à l'amplitude de l'impulsion.
Du fait de la présence des moyens de stabilisation (A, D), et du fait que ces derniers sont agencés de ma nière à réagir aussitôt que la tension d'entrée tend à baisser, les conditions sont telles que les deux condensa teurs se chargent comme précédemment lorsqu'une pre mière impulsion arrive, mais que, à la fin de cette impul sion, au moment où la tension aux bornes du condensa teur de stockage SC devrait normalement baisser, les moyens de stabilisation commencent immédiatement à délivrer une tension qui s'oppose à cette baisse.
En dimensionnant de manière adéquate les moyens de stabi lisation, on: peut faire en sorte que la tension aux bornes du condensateur de stockage soit à l'abri de toute baisse à la fin d'une impulsion, exception faite de la minime chute qui reste nécessaire pour provoquer l'action des moyens<B>-</B>de stabilisation, chute qui est négligeable.
(Il convient de remarquer que c'est la tension de sortie délivrée par les moyens de stabilisation qui fournit la charge qui doit être restituée au condensateur d'alimen tation.) A l'arrivée d'une deuxième impulsion, le condensa teur de stockage se trouve déjà à un potentiel qui est une fraction connue de l'amplitude de la première impulsion, et les deux condensateurs se chargent à nouveau, de sorte que la tension aux bornes du condensateur de stockage s'accroît de la même fraction de l'amplitude de cette deuxième impulsion. A la fin de celle-ci, les moyens de stabilisation agissent à nouveau, et empêchent toute baisse de tension aux bornes du condensateur de stoc kage, lequel se trouve ainsi chargé à une tension égale à ladite fraction connue de la somme des amplitudes des deux impulsions.
Le même processus se répète à l'arri vée de toute impulsion subséquente.
Comme on vient de le voir, la tension aux bornes du condensateur de stockage a la même polarité que les impulsions. Il est à remarquer, en outre, que les impul sions doivent avoir normalement une seule et même polarité. Si une impulsion de polarité opposée est pré sente dans la séquence, on voit bien que les moyens de stabilisation entrent en action à l'apparition de son front antérieur et non à celle de son front postérieur : il en résulte que la fraction connue de l'amplitude de cette impulsion va s'ajouter à la tension aux bornes du con densateur de stockage, indépendamment de son signe.
Après réception d'un nombre quelconque d'impul sions, la tension aux bornes du condensateur de stockage sera égale à la fraction connue de la somme des ampli tudes de chacune d'elles et, par conséquent, proportion nelle à la valeur moyenne de leurs amplitudes. Si un tel sommateur doit être utilisé pour élaborer la moyenne des amplitudes de suites consécutives d'impulsions, chaque suite comptant un même nombre n d'impulsions, et si le condensateur de stockage a une capacité qui vaut (n -1) fois celle du condensateur d'alimentation, on voit qu'au bout d'une suite de n impulsions la tension aux bornes du condensateur de stockage vaudra (1/n) fois la somme des amplitudes de chaque impulsion : cette tension sera donc égale à l'amplitude moyenne calculée sur cette suite.
L'appareil d'intégration représenté à la fig. 2 trouve une utilisation typique dans des machines de fabrication de cigarettes à boudin continu, pourvues d'un dispositif de pesée qui délivre un signal électrique continu dont la tension varie en fonction de la masse de tabac par unité de longueur de la partie du boudin qui défile devant un détecteur. Dans ce cas, l'appareil d'intégration est utilisé pour élaborer un signal discret représentant la valeur moyenne de la masse de tabac par unité de longueur pour chaque'cigarette résultant du tronçonnage du bou din après son passage devant le détecteur. C'est dans ce contexte qu'on va décrire l'appareil représenté à la fig. 2.
Cet appareil comprend une borne d'entrée I'à laquelle est appliqué le signal variant de manière continue qui provient du détecteur de poids monté sur la machine à cigarettes. Ce signal est transmis, à travers une résistance d'entrée IR, à l'entrée d'un amplificateur Al.
La sortie de cet amplificateur est reliée à deux voies constituées par deux diodes, DP et DN respectivement; ces diodes sont connectées en sens opposé, de telle manière que lorsque l'amplificateur délivre un signal positif (ce qui correspond à une masse par unité de longueur supé rieure à une valeur prédéterminée), ce signal est transmis par la diode DP à un point de signal positif PP, tandis que lorsque l'amplificateur délivre un signal négatif (ce qui indique que la masse par unité de longueur est infé- fieure à cette valeur prédéterminée),
ce signal est trans mis par la diode DN-à un point de signal négatif N<U>P.</U>
Les points PP et NP sont reliés à l'entrée dé l'ampli ficateur Al par des résistances FRP et FRN, respective ment, cet amplificateur étant .agencé lui-même de ma nière telle qu'il renverse la phase des signaux qui le tra- versent, de sorte que les résistances FRP et FRN produi sent une contre-réaction. Ces résistances sont toutes deux du type variable à valeur préaffichable et elles ont pour effet d'équilibrer la réponse de la partie du circuit qui a été décrite jusqu'ici vis-à-vis des parties négative et posi tive du signal provenant du détecteur de pesée, c'est- à-dire de rendre égaux les gains entre la borne d'entrée et chacun des points PP, NP.
Le point PP est connecté, à travers une résistance de charge BRP, à l'entrée d'un sommateur d'impulsions PPA alors que le point NP est connecté, à travers une résistance de charge similaire BRN, à l'entrée d'un som- mateur d'impulsions NPA analogue au premier. Les entrées des sommateurs d'impulsions PPA et NPA sont raccordées à des pôles différents d'un hacheur bipolaire CS qui, lorsqu'il est fermé, relie ces entrées à la terre. Un commutateur d'échantillonnage bipolaire SS relie les sorties des deux sommateurs d'impulsions aux deux entrées d'un amplificateur différentiel A2 dont la sortie est connectée à un transformateur de sortie OT.
Ce transformateur OT est agencé de manière à convertir la sortie symétrique (en push-pull) de l'amplificateur A2 en une sortie asymétrique reliée à une borne de sortie O. Un interrupteur de recalage bipolaire RS relie à la terre les sorties des deux sommateurs d'impulsions pour pour voir à leur recalage.
Les deux sommateurs d'impulsions PPA et NPA sont identiques l'un à l'autre et chacun d'eux correspond au schéma de la fig. 1. Le commutateur d'échantillonnage SS et le hacheur CS sont actionnés de manière répétée, en synchronisme avec la machine à cigarettes. Le hacheur décrit un nombre donné de périodes (par exemple qua rante-huit) entre deux opérations consécutives du mé canisme de tronçonnage équipant la machine à cigarettes (dispositif qui découpe le boudina en cigarettes indivi duelles), alors que le commutateur SS n'est actionné qu'une fois durant le même temps.
La synchronisation entre le fonctionnement du commutateur SS et la ma chine à cigarettes est telle que la partie du boudin qui se trouve en face du détecteur au moment où le commuta teur agit est coupée ultérieurement par le mécanisme de tronçonnage. De cette manière, entre deux opérations consécutives du commutateur SS, le signal d'entrée que reçoit la borne I, signal qui varie de manière continue, représente la masse de tabac contenue dans un tronçon du boudin qui constituera par la suite une cigarette indi viduelle. Immédiatement après chaque opération du com mutateur SS, l'interrupteur de recalage RS est fermé pen dant un bref instant pour recaler les sommateurs, d'im pulsions, c'est-à-dire pour décharger leurs condensateurs de stockage.
La fig. 3 % montre la corrélation temporelle exacte qui existe entre les tensions apparaissant, durant le fonction nement, en différents points de l'appareil représenté à la fig. 2. Sur le diagramme relatif au signal à la borne de sortie O, la ligne en traits interrompus marquée REF représente à titre d'exemple un niveau de référence qui matérialise une limite de tolérance quant au poids de tabac contenu dans une cigarette; comme on le voit, la première impulsion de sortie correspond à une cigarette qui tombe à l'intérieur de cette limite de tolérance, alors que la seconde impulsion correspond à une cigarette qui en sort.
On a vu plus haut que si le sommateur représenté à la fig. 1 venait à recevoir des impulsions qui n'ont pas la même polarité, il additionnait leurs amplitudes sans tenir compte du signe. Si des impulsions de polarités opposées doivent être additionnées algébriquement, il faut donc trier les impulsions en formant deux suites distinctes correspondant aux deux polarités, additionner séparément les impulsions de chaque suite à l'aide de deux sommateurs distincts identiques et combiner ensuite les deux sommes obtenues.
C'est ce que réalise l'appareil qui vient d'être décrit à propos de la fig. 2, appareil qui constitue en fait un intégrateur pour un signal variant de façon continue, mais qui possède des avantages par rapport aux intégra teurs de types connus. Et, à titre d'exemple d'utilisation, on a évoqué le cas où ce signal à variation continue résulte d'une mesure en continu exécutée par une ma chine à marche ininterrompue, notamment une machine à cigarettes à boudin continu dans laquelle la masse de tabac par unité de longueur du boudin est mesurée en permanence.
Dans un pareil cas, la valeur moyenne qu'on mesure à l'aide d'un intégrateur conventionnel dont le fonctionnement dépend de la constante de temps d'un circuit R-C, est la moyenne établie pendant un intervalle donné, de sorte que si la cadence de marche de la machine vient à varier, la valeur moyenne mesurée n'est pas rapportée à un nombre déterminé de cycles de cette machine, ou à une quantité produite donnée, par exemple une longueur fixe de boudin à cigarettes. Avec l'appareil décrit, les moyens de commutation (hacheur, commutateur d'échantillonnage et interrupteur de reca- lage) peuvent être actionnés en synchronisme avec la machine, de sorte que la fréquence des impulsions est liée de manière stricte à la cadence de fonctionnement de la machine.
On peut donc aisément prévoir des moyens qui fassent que les sommateurs d'impulsions délivrent leurs signaux à l'amplificateur différentiel à des intervalles qui correspondent à un nombre donné de cycles de fonctionnement des moyens de commutation, donc à un nombre déterminé d'impulsions.