FR2570492A1

FR2570492A1 - Inductive sensor or resistance bridge apparatus for measuring displacement or force

Info

Publication number: FR2570492A1
Application number: FR8414207A
Authority: FR
Inventors: Claude Leclercq
Original assignee: ELECTRONIQUE APPLIQUEE MECANIQ
Current assignee: ELECTRONIQUE APPLIQUEE MECANIQ
Priority date: 1984-09-17
Filing date: 1984-09-17
Publication date: 1986-03-21

Abstract

The present invention relates to an inductive sensor apparatus for measuring displacement or force. This apparatus is characterised in that the oscillator 2 is of the digital type and comprises, in cascade, a clock 8, a threshold address counter 9, a memory 11 and a digital/analog converter 12 which is connected, via at least one amplifier 3, 4, 5, to the input of the inductive sensor 1, and the output circuit 6 comprises a lock-in sampler 16 connected to a sampling pulse generator 19 which is itself connected to the digital oscillator 2 so as to emit a sampling pulse applied to the lock-in sampler 16 synchronously with the peaks or some peaks of the sinusoidal signal emitted by the digital oscillator 2.

Description

La présente invention concerne un appareil de mesure de déplacement ou d'effort à capteur inductif ou a pont résistif. The present invention relates to a displacement or force measurement device with inductive sensor or with a resistive bridge.

Les appareils de mesure à capteur inductif connus à ce jour comportent généralement un ensemble de deux ou trois bobines par rapport auxquelles peut se déplacer un noyau métallique, en fonction du déplacement ou de l'effort devant être mesuré.. Les bobines sont excitées par un signal électrique sinusoldal délivré par un oscillateur de fréquence fixe. En fonction de la position de son noyau métallique le capteur inductif, du type demi-pont ou transformateur dif férentiel, émet à sa sortie un signal périodique dont l'amplitude est proportionnelle à la valeur du déplacement ou de l'effort mesuré. Ce signal périodique est ensuite redressé puis filtré afin de fournir une tension continue proportionnelle au déplacement ou à l'effort. Inductive sensor measuring devices known to date generally comprise a set of two or three coils relative to which a metal core can move, depending on the displacement or the force to be measured. The coils are excited by a sinusoldal electrical signal delivered by a fixed frequency oscillator. Depending on the position of its metal core, the inductive sensor, of the half-bridge or differential transformer type, emits a periodic signal at its output, the amplitude of which is proportional to the value of the displacement or the force measured. This periodic signal is then rectified then filtered in order to provide a DC voltage proportional to the displacement or to the force.

Un tel appareil de mesure présente plusieurs inconvénients. Du fait que le signal de mesure est redressé, il est nécessaire d'effectuer ensuite un filtrage asse-z puis- sant pour limiter les ondulations résiduelles, d'où une limitation de la bande passante. Par ailleurs l'utilisation d'un oscillateur analogique, pour délivrer le signal sinusoldal d'excitation des bobines, pose un problème en ce qui concerne la stabilité de l'amplitude de l'oscillateur en fonction de la température. Si l'on désire obtenir une résolution très poussée il est nécessaire d'avoir une stabilisation très prononcée de l'amplitude del'oscillateur, ce qui entraine un prix de revient élevé de celui-ci. Such a measuring device has several drawbacks. Because the measurement signal is rectified, it is then necessary to carry out a powerful enough filtering to limit the residual ripples, from where a limitation of the bandwidth. Furthermore the use of an analog oscillator, to deliver the sinusoldal signal of excitation of the coils, poses a problem with regard to the stability of the amplitude of the oscillator as a function of the temperature. If one wishes to obtain a very high resolution it is necessary to have a very pronounced stabilization of the amplitude of the oscillator, which leads to a high cost price of the latter.

La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en procurant un appareil de mesure d'une conception particulièrement simple, d'un faible prix de revient et d'une très grande précision. The present invention aims to remedy these drawbacks by providing a measuring device with a particularly simple design, low cost and very high accuracy.

A cet effet cet appareil de mesure de déplacement ou d'effort à capteur inductif ou à pont résistif comprenant un oscillateur délivrant un signal sinusoldal d'excitation appliqué au capteur et un circuit de sortie relié au capteur et délivrant une tension d'amplitude proportionnelle à la valeur du déplacement ou de l'effort relevé par le capteur, est caractérisé en ce que l'oscillateur est du type numérique et comprend, en cascade, une horloqe, un compteur d'adresses à seuil, une mémoire et un convertisseur numérique/analogique lequel est relié, par au moins un amplificateur, à l'entrée du capteur inductif, et le circuit de sortie comprend un échantillonneur bloqueur relié a un générateur d'impulsions d'échantillonnage lui-mSme connecté à l'oscillateur numérique de manière à émettre une impulsion d'échantillonnage appliquée à l'échantillonneur bloqueur en synchronisme avec les sommets ou certains sommets du signal sinusoidal émis par l'oscillateur numérique. For this purpose, this displacement or effort measurement device with inductive sensor or with resistive bridge comprising an oscillator delivering a sinusoldal excitation signal applied to the sensor and an output circuit connected to the sensor and delivering an amplitude voltage proportional to the value of the displacement or of the force detected by the sensor, is characterized in that the oscillator is of the digital type and comprises, in cascade, a clock, a threshold address counter, a memory and a digital converter / analog which is connected, by at least one amplifier, to the input of the inductive sensor, and the output circuit comprises a blocking sampler connected to a generator of sampling pulses itself connected to the digital oscillator so as to emit a sampling pulse applied to the blocking sampler in synchronism with the vertices or certain vertices of the sinusoidal signal emitted by the digital oscillator.

Suivant une caractéristique complémentaire de 1' in- vention l'échantillonneur bloqueur est connecté à un convertisseur analogique/numérique relié lui-meme a un microprocesseur. According to a complementary characteristic of the invention, the blocking sampler is connected to an analog / digital converter itself connected to a microprocessor.

Suivant une caractéristique complémentaire de l'invention le générateur d'impulsions d'échantillonnage est constitué par un comparateur connecté 9 la sortie du compteur d'adresses à seuil de manière a comparer l'adresse présente à la sortie de ce compteur avec l'adresse correspondant au sommet de la sinusoïde du signal émis par le convertisseur numérique/analogique de l'oscillateur numérique, afin d'appliquer ainsi un signal d'échantillonnage à l'échantillonneur bloqueur lors de la coincidence des deux adresses. According to an additional characteristic of the invention, the sampling pulse generator is constituted by a comparator connected to the output of the threshold address counter so as to compare the address present at the output of this counter with the address corresponding to the top of the sine wave of the signal emitted by the digital / analog converter of the digital oscillator, so as to apply a sampling signal to the blocking sampler during the coincidence of the two addresses.

L'appareil de mesure suivant l'invention offre l'avantage que du fait que la démodulation du signal de mesure s'effectue par échantillonnage, on peut obtenir une bande passante qui atteint la fréquence de l'oscillateur. The measuring device according to the invention offers the advantage that because the demodulation of the measurement signal is carried out by sampling, it is possible to obtain a bandwidth which reaches the frequency of the oscillator.

Par ailleurs comme on effectue l'échantillonnage au sommet de la sinusoïde, il n'est pas nécessaire d'avoir une très grande précision temporelle pour l'émission de l'impulsion d'échantillonnage.Furthermore, since sampling is carried out at the top of the sinusoid, it is not necessary to have very high temporal precision for the emission of the sampling pulse.

Le fait d'utiliser un oscillateur numérique au lieu d'un oscillateur analogique permet d'obtenir une très grande précision qui est égale à la précision apportée par la référence de tension qui est utilisée par le convertisseur numérique/analogique de l'oscillateur. L'oscillateur numé rique utilisé présente bgalement: I'avantage d'être peu onéreux et il est très facile À mettre en oeuvre. De préférence une même référence de tension est connectée au convertisseur numérique/analogique de l'oscillateur numérique et au convertisseur analogique/numérique du circuit de sortie. De ce fait on obtient une compensation Bueoatique même
Si la référence de tension n'est pas très précise en fonction de la température.The fact of using a digital oscillator instead of an analog oscillator makes it possible to obtain a very high precision which is equal to the precision provided by the voltage reference which is used by the digital / analog converter of the oscillator. The digital oscillator used also has the advantage of being inexpensive and very easy to implement. Preferably the same voltage reference is connected to the digital / analog converter of the digital oscillator and to the analog / digital converter of the output circuit. Therefore we get a Bueoatic compensation even
If the voltage reference is not very precise depending on the temperature.

On décrira ci-après,è titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente inventionpen référence au dessin annexé qui est un schéma synoptique d'un appareil de mesure suivant l'invention. An embodiment of the present invention will be described below, by way of nonlimiting example, with reference to the appended drawing which is a block diagram of a measuring device according to the invention.

L'appareil de mesure suivant l'invention comprend un ou plusieurs capteurs inductifs ou à pont résistif 1 desti- nés b relever des déplacements ou des efforts. Chaque capteur 1 est excité au moyen d'un signal sinusoïdal émis par un oscillateur 2 et amplifié par des amplificateurs 3, 4, 5. Le signal de sortie de chaque capteur 1 qui se présente sous une forme sinusoldale, est appliqué à un circuit de sortie 6 qui délivre un signal V dont l'amplitude est proportionnelle a la valeur du déplacement ou de l'effort mesurés par le capteur 1. Ce signal V, exprimé sous forme numérique, est transmis à des fins de traitement et d'af- fichage, à un microprocesseur 7. The measuring device according to the invention comprises one or more inductive or resistive bridge sensors 1 intended to detect displacements or forces. Each sensor 1 is excited by means of a sinusoidal signal emitted by an oscillator 2 and amplified by amplifiers 3, 4, 5. The output signal from each sensor 1 which is in a sinusoidal form, is applied to a circuit of output 6 which delivers a signal V whose amplitude is proportional to the value of the displacement or the force measured by the sensor 1. This signal V, expressed in digital form, is transmitted for the purposes of processing and display. plugging, to a microprocessor 7.

Suivant l'invention l'oscillateur 2 est du type numérique et il comprend, connectés en cascade, une horloge 8 émettant un signal de base a de fréquence constante, un compteur d'adresses h seuil 9, une mémoire 11 du type PROM et un convertisseur numérique/analogique 12 qui est relié à une réFérence de tension 13. Le signal a de l'horloge 8 eii appliqué à des entrées de synchronisation de la mémoire Il et du convertisseur 12. Le compteur à seuil 9 délivre à sa sortie des adresses A qui sont appliquées à la mémoire 11 laquelle émet h sa sortie, en fonction de chaque adresse, une donnée numérique D appliquée au convertisseur 12.Ce dernier émet ainsi à sa sortie un signal analogique de forme sinusoidale reconstitué à partir des données numériques fournies par la mémoire 11. According to the invention the oscillator 2 is of the digital type and it comprises, connected in cascade, a clock 8 transmitting a basic signal a of constant frequency, a threshold address counter 9, a memory 11 of the PROM type and a digital / analog converter 12 which is connected to a voltage reference 13. The signal a from the clock 8 eii applied to synchronization inputs of the memory II and of the converter 12. The threshold counter 9 delivers addresses at its output To which are applied to the memory 11 which emits at its output, as a function of each address, a digital datum D applied to the converter 12. The latter thus emits at its output an analog signal of sinusoidal shape reconstituted from the digital data supplied by memory 11.

Le circuit de sortie 6 comprend, dans le cas où l'appareil est associé h plusieurs capteurs 1, un multiplexeur 14, puis un amplificateur 15 à gain programmable, puis un échantillonneur bloqueur 16 et un convertisseur analogique/numérique 17. Le convertisseur 17 est connecté également à la référence de tension 13 qui est ainsi commune aux deux convertisseurs 12 et 17. Une logique de commande et d'interface 18.est reliée au microprocesseur 7, à l'échantillonneur bloqueur 16 et au convertisseur analogique/numérique 17, ainsi qu'à un générateur d'impulsions d'achantillonnage 19. Ce générateur 19 lequel comprend un comparateur 21 et éventuellement un compteur programmable 22 relié à la sortie du comparateur 21.Le comparateur 21 est relié à la sortie d'adresses du compteur 9 et il compare en permanence l'adresse présente à la sortie de ce compteur avec l'adresse correspondant au sommet de la sinusoïde du signal émis par le convertisseur numérique/analogique 12. The output circuit 6 comprises, in the case where the device is associated with several sensors 1, a multiplexer 14, then an amplifier 15 with programmable gain, then a blocking sampler 16 and an analog / digital converter 17. The converter 17 is also connected to the voltage reference 13 which is thus common to the two converters 12 and 17. A control and interface logic 18.is connected to the microprocessor 7, to the blocking sampler 16 and to the analog / digital converter 17, thus than to a sampling pulse generator 19. This generator 19 which comprises a comparator 21 and possibly a programmable counter 22 connected to the output of the comparator 21. The comparator 21 is connected to the address output of the counter 9 and it constantly compares the address present at the output of this counter with the address corresponding to the top of the sine wave of the signal emitted by the digital / analog converter 12.

Lorsqu'il y a concordance entre ces deux adresses le comparateur 21 émet un signal qui peut être transmis tel quel par l'intermédiaire de la logique de commande et d'interface 18, à l'échantillonneur bloqueur 16, afin d'échantillonner le signal de sortie au sommet de la sinusoïde. Le compteur programmable 22 peut être utilisé dans le générateur d'impulsion d'échantillonnage 19 dans la mesure où l'échantil- lonnage ne doit avoir lieu qu'à une fréquence plus faible que la fréquence des concordances détectées dans le comparateur 21.When there is a match between these two addresses, the comparator 21 emits a signal which can be transmitted as it is via the control and interface logic 18, to the blocking sampler 16, in order to sample the signal. exit at the top of the sinusoid. The programmable counter 22 can be used in the sampling pulse generator 19 insofar as the sampling should only take place at a frequency lower than the frequency of the matches detected in the comparator 21.

Dans une forme d'exécution de l'appareil -suivant l'invention la dérive en température obtenue est inférieure a 5.10-5/oC et la fréquence d'échantillonnage est de 5- kHz. In one embodiment of the device according to the invention, the temperature drift obtained is less than 5.10-5 / oC and the sampling frequency is 5- kHz.

rette fréquence peut toutefois aller jusqu'à 10 kHz. However, this frequency can go up to 10 kHz.

Claims

1.- Displacement or force measurement device with inductive sensor or resistive bridge comprising an oscillator delivering a sinusoidal excitation signal applied to the sensor and an output circuit connected to the sensor and delivering an amplitude voltage proportional to the value of the displacement or of the force detected by the sensor, characterized in that the oscillator (2) is of the digital type and comprises, in cascade, a clock (8), a threshold address counter (9), a memory (11) and a digital / analog converter (12) which is connected, by at least one -amplifier (3,4,5), to the input of the sensor (1), and the output circuit (6) comprises a blocking sampler (16) connected to a sampling pulse generator (19) itself connected to the digital oscillator (2) so as to put a sampling pulse applied to the blocking sampler (16) in synchronism with the vertices or certain vertices of the sinusoidal signal emitted by the digital oscillator that (2).

2.- Apparatus according to claim 1 characterized in that the blocking sampler (16) is connected to an analog / digital converter (17) itself connected to a microprocessor (7).

3.- Apparatus according to claim 2 characterized in that the same voltage reference (13) is connected to the digital / analog converter (12) of the digital oscillator (2) and to the analog / digital converter (17) of the circuit outlet (6).

4.- Apparatus according to any one of the preceding claims characterized in that the sampling pulse generator (19) consists of a comparator (21) connected to the output of the threshold address counter (9) of so as to compare the address present at the output of this counter (9) with the address corresponding to the top of the sine wave of the signal emitted by the digital / analog converter (12) of the digital oscillator (2), in order to thus applying a sampling signal to the blocking sampler (16) when the two addresses coincide.

5.- Apparatus according to claim 4 characterized in that the sampling pulse generator (19) comprises a programmable counter (22) connected to the output of the comparator (21).

6.- Apparatus according to any one of the preceding claims characterized in that ltéchantíllon ~ neur blocker (16) is connected to a control logic and interface (18) itself connected to the generator of sampling pulses ( 19) and the microprocessor (7).