FR2463415A1 - Capacitive bridge measurement circuit - has square wave bridge supply and diode voltage reference providing temp. compensation - Google Patents
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Abstract
Description
La présente invention a trait à un dispositif de mesure eosnportant un pont capacitif et permettant d'obtenir une tension fonction des variations que subissent les capacités des condensateurs du pont capacitif. La tension de sortie ainsi obtenue peut être utilisée pour commander la position d'un organe mobile en fonction de 1 l'information, qui correspond à la variation des capacités du pont capacitif. The present invention relates to a measuring device eosnportant a capacitive bridge and to obtain a voltage depending on the variations undergone by the capacitors of the capacitive bridge capacitors. The output voltage thus obtained can be used to control the position of a movable member as a function of the information, which corresponds to the variation of the capacities of the capacitive bridge.
On sait qu'il peut être nécessaire de repérer la position d'un premier organe vis à vis d'un deuxième organe pour commander certaines seiitudes en fonction de la position relative des deux organes précités. C'est le cas, en particulier, lorsque l'on désire commander la position des projecteurs d'un véhicule automobile par rapport à la carrosserie en fonction de la position relative de la masse suspendue par rapport aux organes de roulement du véhicule. Le repérage de la position des deux organes à mouvement relatif peut s'effectuer avantageusement au moyen d'un capteur susceptible d'émettre un signal électrique fonction de la position relative des deux organes précités.Dans la demande de brevet français 79-12000 déposée le 11 mai 1979, on a déjà décrit un capteur de position angulaire de type capacitif, qui peut entre soumis aux variations de la position relative de la masse suspendue par rapport aux organes de roulement du véhicule et qui peut fournir une tension permettant la commande de la position des projecteurs dudit véhicule automobile. le capteur capacitif décrit est constitue d'un pont capacitif formé de deux condensateurs qui varient simultanément et en sens inverse; le capteur comporte un rotor et un stator et la tension de sortie est proportionnelle à l'angle de rotation du rotor par rapport au stator. We know that it may be necessary to identify the position of a first member with respect to a second member to control certain seiitudes as a function of the relative position of the two aforementioned members. This is the case, in particular, when it is desired to control the position of the headlights of a motor vehicle with respect to the bodywork as a function of the relative position of the suspended mass with respect to the running gear of the vehicle. The location of the two bodies with relative movement can be advantageously carried out by means of a sensor capable of emitting an electrical signal as a function of the relative position of the two aforementioned bodies. In French patent application 79-12000 filed on May 11, 1979, an angular position sensor of the capacitive type has already been described, which can be subject to variations in the relative position of the suspended mass with respect to the running gear of the vehicle and which can provide a voltage allowing the control of the position of the headlights of said motor vehicle. the capacitive sensor described consists of a capacitive bridge formed by two capacitors which vary simultaneously and in opposite directions; the sensor comprises a rotor and a stator and the output voltage is proportional to the angle of rotation of the rotor relative to the stator.
La mise en oeuvre d'un pont capacitif nécessite, bien entendu, que ledit pont soit alimenté par un générateur de tension alternative et que la sortie du pont soit mesure par un circuit de détection approprie. Etant donnd que la sortie du pont capacitif est nécessairement une sortie alternative et que l'on désire, pour assurer la commande à laquelle le capteur est associé, disposer d'une tension continue, il convient d'utiliser un circuit de détection susceptible de transformer la tension alternative en une tension continue proportionnelle à l'amplitude du signal alternatif fourni par le pont capacitif. The implementation of a capacitive bridge requires, of course, that said bridge is supplied by an alternating voltage generator and that the output of the bridge is measured by an appropriate detection circuit. Given that the output of the capacitive bridge is necessarily an alternative output and that it is desired, to ensure the control with which the sensor is associated, to have a DC voltage, it is advisable to use a detection circuit capable of transforming the AC voltage into a DC voltage proportional to the amplitude of the AC signal supplied by the capacitive bridge.
D'autre part, on cherche à réduire au maximum le prix de revient du dispositif de mesure, ce qui implique que le générateur de tension alternative que lton met en oeuvre soit un générateur peu comateux. Les dispositifs de mesure incluant des capteurs comportant un pont capacitif, qui sont décrits dans l'état de la technique, par exemple dans le brevet français 1 341 664 et ses certificats d'addition n 87 459 et 87 963, présentent à la fois l'inconvénient d'avoir un prix de revient élevé et de fournir une réponse qui n'est pas indépendante de la température,
La présente invention a pour but de décrire un dispositif de mesure mettant en oeuvre un pont capacitif, ce dispositif étant d'un prix de revient peu élevé et fournissant une réponse, qui peut être aisément rendue indépendante de la température.Selon l'invention, on utilise comme générateur de tension alternative un générateur à relaxation, qui fournit une tension en créneaux, dont le rapport cyclique (c'est-à-dire le rapport du temps de conduction vis à vis de la période) est ----------- fonction des composants qui le constituent. I1 est connu que la réalisation de tels générateurs à relaxation est peu onéreuse dans la mesure où l'on peut utiliser des composants, et en particulier des résistances, de fabrication courante c'est--dire ayant une relativement large tolérance quant à la valeur de leurs caractéristiques électriques. Pour la réalisation d'un générateur à relaxation économique, on est donc conduit à utiliser des résistances ayant des tolérances d'environ 5 % de leur valeur ohmique.Il en résulte que les générateurs à relaxation de ce type peuvent présenter, dans une même surie en cours de fabrication, des rapports cycliques différents, Le fait que @ le rapport cyclique de la tension alternative, qui alimente le pont capacitif et qui se retrouve en sortie dudit pont à un coefficient d'amplitudeprés, puisse varier, peut avoir une influence non négligeable sur le résultat de la mesure obtenue, suivant le circuit de détection utilisé. En effet, ce signal étant un signal alternatif, il convient dc le transformer en un signal continu proportionnel à la valeur des amplitudes du signal alternatif. Pour ce faire, la solution la plus simple et la plus économique est d'utiliser un détecteur de crêtes.Ce détecteur de crêtes repère la valeur maximum atteinte par la tension fournie par le pont capacitif, ce repérage é tant effectué par rapport au potentiel de masse
Or, pour un signal périodique en créneaux d'amplitude prédéterminée, Si l'on fait varier le rapport cyclique, on fait varier la valeur de la tension moyenne par rapport aux deux tensions extrêmes des créneaux.On sait, d'autre part, que la tension
du signal délivr@ à la sortie du pont capacitif, moyenne s'autocentre sur le potentiel de masse : si l'on repère alors les crêtes positives par rapport à la masse, le repérage se trouve obligatoirement fonction du rapport cyclique. I1 se présente donc une difficult4, si lton désire à la fois utiliser un générateur à relaxation de construction économique et un détecteur de crêtes constituant le circuit de détection associé au pont capacitif.On the other hand, it is sought to reduce the cost price of the measuring device as much as possible, which implies that the alternating voltage generator that is used is a slightly comatose generator. Measuring devices including sensors comprising a capacitive bridge, which are described in the state of the art, for example in French patent 1 341 664 and its certificates of addition 87 879 and 87 963, present both disadvantage of having a high cost price and providing a response which is not independent of the temperature,
The aim of the present invention is to describe a measuring device implementing a capacitive bridge, this device being of a low cost price and providing a response, which can be easily made independent of the temperature. one uses as generator of alternating tension a generator with relaxation, which provides a tension in crenellations, whose cyclic ratio (ie the ratio of the time of conduction compared to the period) is ----- ------ function of the components which constitute it. It is known that the production of such relaxation generators is inexpensive insofar as components, and in particular resistors, of common manufacture, that is to say having a relatively large tolerance as to value, can be used. of their electrical characteristics. For the production of an economic relaxation generator, it is therefore necessary to use resistors having tolerances of approximately 5% of their ohmic value. As a result, relaxation generators of this type can have, in the same surie during manufacturing, different duty cycles, The fact that @ the duty cycle of the alternating voltage, which supplies the capacitive bridge and which is found at the output of said bridge at a coefficient of amplitude, may vary, can have a non-negligible influence on the result of the measurement obtained, depending on the detection circuit used. Indeed, this signal being an alternating signal, it is advisable to transform it into a continuous signal proportional to the value of the amplitudes of the alternating signal. To do this, the simplest and most economical solution is to use a peak detector. This peak detector identifies the maximum value reached by the voltage supplied by the capacitive bridge, this identification being carried out with respect to the potential of mass
Now, for a periodic signal in slots of predetermined amplitude, If we vary the duty cycle, we vary the value of the average voltage with respect to the two extreme voltages of the slots. We also know that voltage
of the signal delivered @ at the output of the capacitive bridge, average is self-centered on the ground potential: if the positive peaks are then identified with respect to the mass, the identification is necessarily a function of the duty cycle. There is therefore a difficulty if it is desired to use both an economically constructed relaxation generator and a peak detector constituting the detection circuit associated with the capacitive bridge.
Selon l'invention, on a résolu le problème ci-dessus exposé en disposant une diode D1 entre la sortie du pont capacitif et celle des bornes d'alimentation dudit point, qui sert de référence de tension c'est-à-dire qui se trouve à la masse, ladite diode D1 étant passante vers la sortie du pont. En l'absence de cette diode D1, les créneaux de tension, qui sortaient du pont capacitif, avaient une valeur moyenne autocentrée sur le potentiel de masse pris comme zéro et par conséquent, les créneaux comportaient des crêtes de tension négatives et des crêtes de tension positives; le détecteur de crêtes repérait les crêtes positives par rapport à la masse, donc par rapport à la valeur moyenne du signal en créneaux.La présence de la diode D1 permet d'éviter l'autocentrage de la valeur moyenne, du signal en cré
sensiblement neaux sur le potentiel de masse et amène sur le potentiel de masse les extrémités basses des créneaux du signal. De la sorte, le repérage du détecteur de crêtes s'effectue non plus entre la valeur moyenne du signal et les crêtes positives mais entre les extrémités basses du signal et les crêtes positives ce qui permet de s'affranchir complètement de la position de la valeur moyenne de la tension par rapport aux tensions extrêmes du signal en créneaux. De plus, en l'absence de la diode D1, le détecteur de crêtes mesure une tension comprise entre la valeur mpyenne de la tension en créneaux et les crêtes positives c'est-à-dire une tension correspondant approximativement à la moitié de l'amplicude du signal en créneaux si l'on suppose que le rapport cyclique est approximativement égal à 0,5; au contraire en utilisant la diode D1 sus-mentionnée, le repérage du détecteur de crêtes
sensiblement s'effectue /sur toute l'amplitude du signal en créncaux puisque l'cxtr-'ité bassc du signal se trouve sensiblement à la masse, cc qui constitue un avantage supplémentaire quant à la précision de la détection
En fait, la tension basse du signal en créneaux ne se trouve aJustée sur le potentiel de masse qu'à la chute de tenson pros de la diode D1 utilisée; cet écart n'est pas gênant dans la mesure où il est constant; cependant on sait que la chute de tension dans une diode, qui est approximativement de 0,6 - 0,7 volts, est fonction de façon assez sensible de la température ambiante.Dans ces conditions, la tension obtenue par le détecteur de crêtes va se trouver, pour un mEme signal fourni par le pont capacitif, fonction de la température ambiante, ce qui constitue un nouvel inconvénient. Bien entendu, on a déjà proposé, dans l'état de la technique, des moyes pour compenser les variations de la chute de tension d'une diode en fonction de la température mais, pour une structure particulière du circuit de détection, l'invention propose un moyen particulièrement simple et efficace pour réaliser cette compensation.Ce moyen suppose que le détecteur de crêtes comporte un amplificateur opérationnel, monté en amplificateur à gain unitaire, en amont d'une diode D2, dont la sortie est reliée à la masse par un condensateur et fournit la tension de mesure; l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel est reliée à la tension de mesure par l'interm- diaire d'une diode D3 et l'entrée positive reçoit la tension provenant du pont capacitif; la diode D3, qui est ainsi associée à l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel, introduit sur la tension de cette entre le même décalage que la diode D1 associée à la sortie du pont capacitif.L'amplificateur opérationnel a donc le même décalage de tension sur ses deux entrées et, comme il s'agit d'un amplificateur à gain unitaire, les deux décalages s'annulent, ce qui rend la tension de mesure sensiblement indépendante de la température.According to the invention, the above problem has been solved by arranging a diode D1 between the output of the capacitive bridge and that of the supply terminals of said point, which serves as a voltage reference, that is to say which is found to ground, said diode D1 being pass-through to the output of the bridge. In the absence of this diode D1, the voltage slots, which came out of the capacitive bridge, had an autocentric average value on the ground potential taken as zero and consequently, the slots included negative voltage peaks and voltage peaks positive; the peak detector detected positive peaks relative to the mass, therefore compared to the average value of the signal in slots. The presence of the diode D1 makes it possible to avoid the self-centering of the average value, of the signal in creat
appreciably sharp on the ground potential and brings on the ground potential the lower ends of the signal slots. In this way, the detection of the peak detector is no longer carried out between the average value of the signal and the positive peaks but between the lower ends of the signal and the positive peaks, which makes it possible to completely overcome the position of the value. average of the voltage compared to the extreme voltages of the signal in slots. In addition, in the absence of the diode D1, the peak detector measures a voltage comprised between the average value of the voltage in slots and the positive peaks, that is to say a voltage corresponding approximately to half the signal amplitude in slots if we assume that the duty cycle is approximately equal to 0.5; on the contrary by using the diode D1 mentioned above, the identification of the peak detector
substantially takes place / over the entire amplitude of the signal in crenals since the bassc signal is substantially grounded, cc which constitutes an additional advantage as regards the accuracy of the detection
In fact, the low voltage of the signal in slots is not added to the ground potential until the voltage drop across the diode D1 used; this difference is not troublesome insofar as it is constant; however it is known that the voltage drop in a diode, which is approximately 0.6 - 0.7 volts, is a fairly sensitive function of the ambient temperature. Under these conditions, the voltage obtained by the peak detector will find, for the same signal supplied by the capacitive bridge, a function of the ambient temperature, which constitutes a new drawback. Of course, means have already been proposed in the prior art to compensate for variations in the voltage drop of a diode as a function of temperature, but, for a particular structure of the detection circuit, the invention offers a particularly simple and effective means to achieve this compensation. This means that the peak detector includes an operational amplifier, mounted as a unit gain amplifier, upstream of a diode D2, the output of which is connected to ground by a capacitor and supplies the measurement voltage; the negative input of the operational amplifier is connected to the measurement voltage via a diode D3 and the positive input receives the voltage coming from the capacitive bridge; the diode D3, which is thus associated with the negative input of the operational amplifier, introduced on the voltage of this between the same offset as the diode D1 associated with the output of the capacitive bridge. The operational amplifier therefore has the same offset of voltage on its two inputs and, as it is a unit gain amplifier, the two offsets cancel each other out, which makes the measurement voltage substantially independent of temperature.
On voit donc que l'invention permet d'utiliser un générateur à relaxation économique et un détecteur de crêtes pour exploiter le signal produit par un pont capacitif, en fournissant une tension continue de commande qui ntest pas influencée par les larges tolérances sur les composants entrant dans la constitution du générateur à relaxation non plus que par les variations de la température. It can therefore be seen that the invention makes it possible to use an economic relaxation generator and a peak detector to exploit the signal produced by a capacitive bridge, by supplying a direct control voltage which is not influenced by the wide tolerances on the incoming components. in the constitution of the generator with relaxation no more than by the variations of the temperature.
La présente invention a, en conséquence, pour objet un dispositif de mesure mettant en oeuvre un pont capacitif, qui comporte au moins deux condensateurs variables disposés en série et alimentés par un générateur de tension alternative, la sortie du pont étant a tension en un point situé entre deux condensateurs dudit pont et étant reliée à un circuit de détection, caractérisé par le fait qu'en premier lieu, le générateur de tension alternative est un générateur à relaxation, qu'en deuxième lieu le circuit de détection est un détecteur de crêtes et qu'en troisième lieu une diode D1 est interposée entre la sortie du pont et celle de ses bornes d'alimentation, qui sert de référence de tension, ladite diode D1 étant passante vers la sortie du pont. The present invention therefore relates to a measuring device implementing a capacitive bridge, which comprises at least two variable capacitors arranged in series and supplied by an alternating voltage generator, the output of the bridge being at voltage at one point. located between two capacitors of said bridge and being connected to a detection circuit, characterized in that firstly, the alternating voltage generator is a relaxation generator, that secondly the detection circuit is a peak detector and that in the third place a diode D1 is interposed between the output of the bridge and that of its supply terminals, which serves as a voltage reference, said diode D1 being conducting towards the output of the bridge.
Le générateur à relaxation comporte un amplificateur opérationnel monté en comparateur, dont les deux entrées sont reliées à la sortie par des résistances, l'entrée négative étant reliée à la référence de tension par un condensateur et l'entrée positive recevant une tension continue définie par un pont de résistance et positive par rapport à la référence de tension; le détecteur de crêtes comporte un amplificateur opérationnel monté en amplificateur et alimentant une diode D2, dont la sortie est reliée à la référence de tension par un condensateur et fournit la tension de mesure, l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel recevant la tension, qui provient du pont capacitif, et étant reliée à la référence de tension par une résistance d'adaptation, l'entrée négative dudit amplificateur opérationnel étant reliée, d'une part, à la sortie de la diode D2 et, d'autre part, à la masse par une résistance d'adaptation; la liaison entre la sortie de la diode D2 et l'entrée négative de l'amplificateur opérationnel du détecteur de crêtes s'effectue à travers une diode D3' qui est passante vers ladite entrée négative. The relaxation generator comprises an operational amplifier mounted as a comparator, the two inputs of which are connected to the output by resistors, the negative input being connected to the voltage reference by a capacitor and the positive input receiving a direct voltage defined by a resistance and positive bridge with respect to the voltage reference; the peak detector comprises an operational amplifier mounted as an amplifier and supplying a diode D2, the output of which is connected to the voltage reference by a capacitor and supplies the measurement voltage, the positive input of the operational amplifier receiving the voltage, which comes from the capacitive bridge, and being connected to the voltage reference by an adaptation resistor, the negative input of said operational amplifier being connected, on the one hand, to the output of diode D2 and, on the other hand, to ground by an adaptation resistance; the connection between the output of the diode D2 and the negative input of the operational amplifier of the peak detector takes place through a diode D3 'which is passable to said negative input.
Dans le cas où le dispositif selon l'invention est utilisé sur un véhicule automobile, la référence de tension est la masse du véhicule, qui est connecté à la borne néga- tive de la batterie, et l'alimentation positive est fournie par la borne positive de la batterie. In the case where the device according to the invention is used on a motor vehicle, the voltage reference is the earth of the vehicle, which is connected to the negative terminal of the battery, and the positive supply is supplied by the terminal. positive battery.
Le pont capacitif peut comporter uniquement deux condensateurs variables en série, les variations des capaci- tés de ces deux condensateurs étant liées et s'effectuant en sens inverse; le pont capacitif peut, par exemple, être constitué d'un disque mobile en rotation par rapport à un disque fixe, le disque mobile comportant une pluralité de secteurs électro-conducteurs d'angle < et de secteurs isolants de même angle alternés avec les précédents et le disque fixe étant constitué d'un premier ensemble de secteurs électro-conducteurs d'angles et d'un deuxième ensemble de secteurs électro-conducteurs de même angle, les secteur8 de ces deux ensembles étant alternés, les deux ensembles étant isolés l'un de l'autre et constituant chacun avec le disque mobile un condensateur variable, le disque mobile pouvant tourner par rapport au disque fixe d'un angle au plus égal à
Le dispositif de mesure selon l'invention trouve une application particulièrement intéressante pour l'orientation des projecteurs d'éclairage d'un véhicule en fonction de la position de la carrosserie par rapport au chemin de roulement. Dans ce cas, on peut avantageusement prévoir que le pont capacitif a son disque mobile lié aux organes de roulement d'un véhicule automobile et son disque fixe porté par la carrosserie dudit véhicule ou inversement, la tension de mesure fournie par le circuit étant utilisée pour la commande de l'orientation des projecteurs d'éclairage du véhicule.The capacitive bridge can comprise only two variable capacitors in series, the variations in the capacitances of these two capacitors being linked and taking place in opposite directions; the capacitive bridge can, for example, consist of a movable disc rotating in relation to a fixed disc, the movable disc comprising a plurality of electrically conductive sectors of angle <and of insulating sectors of the same angle alternated with the previous ones and the fixed disc consisting of a first set of electrically conductive sectors of angles and of a second set of electrically conductive sectors of the same angle, the sectors8 of these two sets being alternated, the two sets being isolated one from the other and each constituting with the moving disc a variable capacitor, the moving disc being able to rotate with respect to the fixed disc by an angle at most equal to
The measuring device according to the invention finds a particularly advantageous application for the orientation of the lighting projectors of a vehicle as a function of the position of the bodywork relative to the raceway. In this case, it is advantageously possible to provide that the capacitive bridge has its movable disc linked to the running gear of a motor vehicle and its fixed disc carried by the body of said vehicle or vice versa, the measurement voltage supplied by the circuit being used for controlling the orientation of the vehicle's headlights.
Pour mieux faire comprendre l'objet de l'invention, on va décrire ci-après, à titre d'exemple purement illustratif et non limitatif, un mode de réalisation représenté sur le dessin annexé. To better understand the object of the invention, there will be described below, by way of purely illustrative and nonlimiting example, an embodiment shown in the accompanying drawing.
Sur ce dessin - la figure unique représente schématiquement un dispositif
de mesure selon l'invention.In this drawing - the single figure schematically represents a device
according to the invention.
En se référant au dessin, on voit que l'on a dé8i- gné par 1 dans son ensemble un générateur à relaxation, qui est branché entre l'alimentation positive 4 de la batterie d'un véhicule et la masse 5 elle-même connectée à la borne négative de ladite batterie. Le générateur à relaxation 1 alimente un pont capacitif 2, qui comporte deux condensateurs variables 2a, 2b montés en série; les condensateurs 2a et 2b varient en sens inverse l'un de l'autre et ils constituent un capteur capacitif différentiel, qui comporte un rotor manoeuvré par l'axe 2c et un stator.Le rotor est un disque mobile, qui se déplace en vis-d-vis d'un disque fixe constituant le stator, avec interposition entre les deux d'une couche de diélectrique. Referring to the drawing, it can be seen that a relaxation generator has been designated by 1 as a whole, which is connected between the positive supply 4 of the battery of a vehicle and the ground 5 itself connected to the negative terminal of said battery. The relaxation generator 1 supplies a capacitive bridge 2, which comprises two variable capacitors 2a, 2b connected in series; the capacitors 2a and 2b vary in opposite directions from one another and they constitute a differential capacitive sensor, which comprises a rotor maneuvered by the axis 2c and a stator. The rotor is a movable disc, which moves in screws -d-vis a fixed disc constituting the stator, with interposition between the two of a dielectric layer.
Pour réaliser un tel capteur capacitif différentiel, on prévoit que le disque mobile est constitué de quatre secteurs électro-conducteurs de 45 chacun et de secteurs isolants de même angle alternés avec les précédents et que le disque fixe est constitué d'un premier ensemble de quatre secteurs électro-conducteurs de 450 et d'un deuxième ensemble de quatre secteurs électro-conducteurs de 45 , les secteurs des deux ensembles étant alternés, les deux ensembles étant isolés l'un de l'autre et constituant chacun avec le disque mobile l'un des condensateurs variables 2a ou 2b, le disque mobile pouvant tourner par rapport au disque fixe d'un angle au plus égal à 45 Un dispositif de ce type a été décrit en détail dans la demande de brevet français 79-12000. To produce such a differential capacitive sensor, provision is made for the movable disc to consist of four electrically conductive sectors of 45 each and of insulating sectors of the same angle alternated with the previous ones and for the fixed disc to consist of a first set of four. electrically conductive sectors of 450 and a second set of four electrically conductive sectors of 45, the sectors of the two sets being alternated, the two sets being isolated from each other and each constituting with the movable disc the one of the variable capacitors 2a or 2b, the movable disc being able to rotate with respect to the fixed disc by an angle at most equal to 45. A device of this type has been described in detail in French patent application 79-12000.
La sortie du pont capacitif 2 est prise entre les deux condensateurs 2a et 2b et elle est reliée à un circuit de détection désigné par 3 dans ccn ensable, circuit qui constitue un détecteur de crêtes et qui fournit sur sa borne de sortie 6 une tension continue susceptible d'entre utilisée pour commander l'orientation de ojecteurs d'éclairage d'un véhicule automobile, dont la carrosserie est liée au stator du capteur capacitif susmentionné alors que les organes de roulement sont liés au rotor dudit capteur. The output of the capacitive bridge 2 is taken between the two capacitors 2a and 2b and it is connected to a detection circuit designated by 3 in ccn ensable, a circuit which constitutes a peak detector and which supplies a DC voltage at its output terminal 6 capable of being used to control the orientation of lighting injectors of a motor vehicle, the bodywork of which is linked to the stator of the aforementioned capacitive sensor, while the rolling members are linked to the rotor of said sensor.
Le générateur à relaxation 1 est constitué d'un amplificateur opérationnel 7 monté en comparateur. L'entrée positive de l'amplificateur 7 est reliée au point de jonction de deux résistances 8 et 9 disposées en série entre l'alimen- tation positive 4 et la masse 5; cette entrée positive est également reliée à la sortie de l'amplificateur 7 par l'ln- termédiaire d'une résistance 10. L'entrée négative de l'amplificateur 7 est reliée à la sortie dudit amplificateur par l'intermédiaire d'une résistance 11 et à un condensateur 12, qui est interposé entre ladite entrée négative et la masse 5. The relaxation generator 1 consists of an operational amplifier 7 mounted as a comparator. The positive input of the amplifier 7 is connected to the junction point of two resistors 8 and 9 arranged in series between the positive supply 4 and the ground 5; this positive input is also connected to the output of amplifier 7 by means of a resistor 10. The negative input of amplifier 7 is connected to the output of said amplifier by means of a resistor 11 and to a capacitor 12, which is interposed between said negative input and ground 5.
Ce générateur a relaxation, de type connu, permet d'obtenir un signal de sortie en créneaux, la tension de la sortie passant de zéro (masse) à + 14 volts (tension de l'alimentation positive 4). Le rapport cyclique, c'est-à-dire le rapport du temps pendant lequel le signal de sortie reste à 14 volts vis-à-vis de la période du signal obtenu, est essentiellement fonction des composants électroniques constituant le générateur à relaxation 1, c'est-à-dire de la valeur des résistances 8, 9, 10, lu, et de la capacité 12. On sait que si l'on veut utiliser des résistances peu onéreuses, il faut se contenter de résistances, dont les valeurs ohmiques effectives se trouvent à plus ou moins 5 7n de la valeur ohmique nomina le.This relaxation generator, of known type, makes it possible to obtain an output signal in slots, the voltage of the output passing from zero (ground) to + 14 volts (positive supply voltage 4). The duty cycle, that is to say the ratio of the time during which the output signal remains at 14 volts with respect to the period of the signal obtained, is essentially a function of the electronic components constituting the relaxation generator 1, that is to say the value of resistors 8, 9, 10, lu, and of capacity 12. We know that if we want to use inexpensive resistors, we must be satisfied with resistors, whose values effective resistances are within plus or minus 5 7n of the nominal resistive value.
En effet, si la sortie est portée à la tension de référence l'entrée positive 7a de l'amplificateur 7 se trouve à une tension V1, définie par les résistances 8, 9, 10, l'entrée négative 7b de l'amplificateur 7 se trouve à une tension
U, qui évolue en fonction de la décharge du condensateur 12 dans la résistance 11. Lorsque la tension U vient à être égale à la tension Vî, la sortie bascule et passe à la tension + 14 volts. Dans ce nouvel état, la tension V de l'entrée 7a a une valeur V2 définie par les résistances 8, 9, 10 (qui est supérieure à V1) et la tension U de l'entrée 7b évolue au cours du temps en fonction de la charge du condensateur 12 à travers la résistance 11. Quand la tension U atteint la valeur
V2, la tension de la sortie de l'amplificateur 7 bascule à nouveau.Indeed, if the output is brought to the reference voltage the positive input 7a of the amplifier 7 is at a voltage V1, defined by the resistors 8, 9, 10, the negative input 7b of the amplifier 7 is at a tension
U, which changes as a function of the discharge of the capacitor 12 in the resistor 11. When the voltage U comes to be equal to the voltage Vî, the output switches and goes to the voltage + 14 volts. In this new state, the voltage V of the input 7a has a value V2 defined by the resistors 8, 9, 10 (which is greater than V1) and the voltage U of the input 7b changes over time as a function of the charge of the capacitor 12 through the resistor 11. When the voltage U reaches the value
V2, the voltage of the output of amplifier 7 switches again.
Les temps de charge et de décharge dépendant de la différence de tensions aux bornes de la capacité et cette différence de tensions étant liée soit à V1 et soit à V2, on voit qu'une fluctuation éventuelle des valeurs des résistances 8, 9, 10, 11 influence le rapport cyclique du signal dé livré par le générateur à relaxation. The charging and discharging times depending on the difference in voltages across the capacitance and this difference in voltages being linked either to V1 and either to V2, it can be seen that a possible fluctuation in the values of the resistors 8, 9, 10, It influences the duty cycle of the signal delivered by the relaxation generator.
Il est donc clair que si l'on réalise le générateur à relaxation 1 avec des résistances de faible coût, on aura, dans une même fabrication, des générateurs à relaxation ayant des rapports cycliques différents en raison des valeurs différentes des résistances qui les constituent. Or, la valeur du rapport cyclique influe sur la position de la valeur moyenne du signal par rapport aux tensions extrêmes des créneaux. It is therefore clear that if the relaxation generator 1 is produced with low cost resistors, there will be, in the same production, relaxation generators having different duty cycles because of the different values of the resistors which constitute them. However, the value of the duty cycle influences the position of the average value of the signal relative to the extreme voltages of the slots.
On constate donc que la con8truction économique d'un générateur à relaxation entrasse que l'écart entre la valeur moyenne du signal et la crête positive de ce signal devient aléatoire puisqu'il est fonction du rapport cyclique. It can therefore be seen that the economic construction of a relaxation generator builds up that the difference between the mean value of the signal and the positive peak of this signal becomes random since it is a function of the duty cycle.
Le détecteur 3 est constitué d'un amplificateur opérationnel 16 monté en amplificateur. L'entrée positive 16a de l'amplificateur 16 reçoit le signal émis par le pont capacitif 2 et elle est reliée à la masse par l'intermédiaire d'une résistance d'adaptation 17. L'entrée négative 16b de l'amplificateur 16 est reliée à la masse par l'intermédiaire de la résistance d'adaptation 18. Sur la sortie de l'amplifi cateur 16, on a disposé une diode D2 désignée par la référence 19, dont la sortie est reliée à la masse par un condensateur 20 et fournit la tension de mesure que l'on obtient par le détecteur de crêtes. La sortie de la diode 19 est renvoyée sur l'entrée négative 16b par l'intermédiaire d'une diode D3 désignée par la référence 21. The detector 3 consists of an operational amplifier 16 mounted as an amplifier. The positive input 16a of the amplifier 16 receives the signal emitted by the capacitive bridge 2 and it is connected to ground via an adaptation resistor 17. The negative input 16b of the amplifier 16 is connected to ground via the adaptation resistor 18. On the output of amplifier 16, a diode D2 has been arranged designated by the reference 19, the output of which is connected to ground by a capacitor 20 and supplies the measurement voltage obtained by the peak detector. The output of the diode 19 is returned to the negative input 16b by means of a diode D3 designated by the reference 21.
Dans le dispositif de mesure selon l'invention, la sortie du pont capacitif 2 est reliée à la masse par un diode
D1 désignée par la référence 22, diode qui est passante de la masse vers la sortie du pont capacitif 2. La présence de cette diode 22 permet d'amener le niveau bas du signal de sortie en créneaux à être égal, à la chute de tension près dans la diode à la tension de référence constituée par la masse. Le signal de sortie fourni par le pont capacitif 2 est le même, à un coefficient de proportionnalité près, que le signal de sortie fourni par le générateur à relaxation l, le détecteur de crêtes 3 repère, par rapport à la masse, le niveau positif maximum des créneaux du signal qu'il reçoit.Si la diode 22 n'avait pas été mise en place, la valeur moyenne de la tension du signal en créneaux fournie par le pont capacitif 2 aurait été autocentrée sur la tension de la masse, de sorte que le détecteur de crêtes aurait détecté l'écart entre cette valeur moyenne et le niveau haut des c@ créneaux. Or, on a vu que cet écart est essentiellement fonction du rapport cyclique du signal fourni par le générateur à relaxation l. La sortie du détecteur de crêtes 3 aurait donc été fonction des caractéristiques constructives de l'appareil et aurait été différente d'un dispositif à l'autre pour une même indication du pont capacitif 2 et, par conséquent, pour une même position angu- faire de l'axe 2c du rotor du capteur capacitif correspondant.In the measuring device according to the invention, the output of the capacitive bridge 2 is connected to ground by a diode
D1 designated by the reference 22, diode which is passing from the ground towards the output of the capacitive bridge 2. The presence of this diode 22 makes it possible to bring the low level of the output signal in slots to be equal, to the voltage drop close in the diode to the reference voltage constituted by the mass. The output signal supplied by the capacitive bridge 2 is the same, except for a proportionality coefficient, as the output signal supplied by the relaxation generator l, the peak detector 3 identifies, with respect to the mass, the positive level maximum of the slots of the signal it receives. If the diode 22 had not been installed, the average value of the voltage of the signal in slots provided by the capacitive bridge 2 would have been self-centered on the ground voltage, from so that the peak detector would have detected the difference between this average value and the high level of the c @ slots. However, we have seen that this difference is essentially a function of the duty cycle of the signal supplied by the relaxation generator l. The output of the peak detector 3 would therefore have been a function of the constructive characteristics of the device and would have been different from one device to another for the same indication of the capacitive bridge 2 and, consequently, for the same angular position. axis 2c of the rotor of the corresponding capacitive sensor.
Au contraire, la présence de la diode 22 permet d'éviter cet inconvénient car le niveau bas du signal en créneaux, fourni par le capteur capacitif 2, est amene à la tension de la ma@se, de sorte que le détecteur 3 repère toute l'amplitude du signal en créneaux entre son niveau bas et son niveau haut.On the contrary, the presence of the diode 22 makes it possible to avoid this drawback because the low level of the signal in slots, supplied by the capacitive sensor 2, is brought to the voltage of the mass, so that the detector 3 locates any the amplitude of the signal in slots between its low level and its high level.
On obtient ainsi simultanément deux avantages - En premier lieu, la tension de sortie n'est plus fonction
du rapport cyclique du générateur à relaxation et, - en second lieu, la mesure du détecteur s'effectue sur la
totalité de l'amplitude du signal au lieu de s'effectuer
sur à peu prè8 la moitie de cette amplitude.Two advantages are thus obtained simultaneously - First, the output voltage is no longer a function
the duty cycle of the relaxation generator and, - secondly, the detector is measured on the
full signal amplitude instead of taking place
about half of this amplitude.
Comme on l'a précédeninent indiqué, la présence de la diode 22 amène le niveau bas du signal fourni par le pont capacitif 2 à être égal à la tension de la masse, à la chute de tension dans la diode 22 près. Il est connu que cette chute de tension est fonction la température. Le signal qui alimente le détecteur 3 est donc fonction de la température et le résultat de la mesure également. Pour éviter cet inconvénient, on a inséré dans la boucle de contre-réaction de l'amplificateur 16 la diode 21. L'amplificateur 16 est, en fait, un amplificateur à gain unitaire et la présence de la diode 21 entrain sur son entrée négative 16b une chute de tension égale à la chute qui se produit dans la diode 21.On a donc sur l'entrée négative 16b la même chute de tension que celle que l'on trouve sur l'entrée positive 16a qui est due au décalage introduit entre la masse et le niveau bas du signal en créneau par la diode 22. Ces deux décalages de tension s'annulent, de sorte que la sortie de l'amplificateur 16 n'est plus fonction de la température et que le détecteur de crêtes constitué par la diode 19 et par le condensateur 20 fournit une tension continue qui, pour une même position du rotor du capteur capacitif 2 est indépendante à la fois de la température et du rapport cyclique du générateur 1. As previously indicated, the presence of the diode 22 causes the low level of the signal supplied by the capacitive bridge 2 to be equal to the ground voltage, to the drop in voltage in the diode 22. It is known that this voltage drop is a function of temperature. The signal which feeds the detector 3 is therefore a function of the temperature and the result of the measurement also. To avoid this drawback, the diode 21 has been inserted into the feedback loop of the amplifier 16. The amplifier 16 is, in fact, a unity gain amplifier and the presence of the diode 21 causes its negative input. 16b a voltage drop equal to the drop that occurs in the diode 21.We therefore have on the negative input 16b the same voltage drop as that found on the positive input 16a which is due to the offset introduced between ground and the low level of the square wave signal by diode 22. These two voltage shifts cancel each other out, so that the output of amplifier 16 is no longer a function of temperature and that the peak detector constituted by the diode 19 and by the capacitor 20 provides a direct voltage which, for the same position of the rotor of the capacitive sensor 2 is independent both of the temperature and of the duty cycle of the generator 1.
I1 convient de remarquer, en outre, que la présence de la diode 22 permet de protéger l'entrée positive 16a de l'amplificateur 16 qui, en l'absence de cette diode, serait amenée à recevoir des tensions qui sortiraient de sa plage normale de fonctionnement. It should also be noted that the presence of the diode 22 makes it possible to protect the positive input 16a of the amplifier 16 which, in the absence of this diode, would be caused to receive voltages which would go outside of its normal range. Operating.
Il est bien entendu que le mode de réalisation cidessus décrit n'est aucunement limitatif et pourra donner lieu à toutes modifications désirables, sans sortir pour cela du cadre de l'invention. It is understood that the embodiment described above is in no way limiting and may give rise to any desirable modifications, without departing from the scope of the invention.
Claims (8)
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- 1979-08-10 FR FR7920440A patent/FR2463415A1/en active Granted
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- 1980-08-08 IT IT68274/80A patent/IT1129238B/en active
- 1980-08-09 JP JP10883280A patent/JPS5677713A/en active Pending
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| IT1129238B (en) | 1986-06-04 |
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| IT8068274A0 (en) | 1980-08-08 |
| JPS5677713A (en) | 1981-06-26 |
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