FR2508738A1 - Procede et appareil pour realiser la demodulation d'un signal synchrone - Google Patents

Abstract

L'APPAREIL PEUT ETRE UTILISE EN PARTICULIER POUR DECODER LES SORTIES D'ACCELEROMETRES, DE GYROSCOPES ET APPAREILS ANALOGUES PORTANT DES ELEMENTS MOBILES EN ROTATION. SELON L'INVENTION, ON DEMODULE UN SIGNAL SYNCHRONE EN UTILISANT UN EQUIVALENT MODULE EN LARGEUR D'IMPULSION D'UNE FONCTION A ONDE CARREE MODIFIEE POUR ELIMINER LA DISTORSION DUE AUX HARMONIQUES D'ORDRES BAS. L'INVENTION EST PARTICULIEREMENT UTILISEE POUR LA MESURE DE VITESSE ANGULAIRE AVEC UNE PRECISION ACCRUE.

Description

La présente invention a essentiellement pour objet des

dispositifs pour démoduler des informations codées en synchro-

nisme En particulier, de tels dispositifs peuvent être utilisés pour décoder les sorties d'accéléromètre, de gyroscope et appareils analogues avec pour effet la suppression desdites sorties des signaux porteurs modulés en amplitude L'entrée appliquée à un tel instrument, généralement une fonction correspondant à un état d'équilibre, est multipliée par la vitesse angulaire du signal porteur Il en résulte une fonction à la sortie de la forme générale D = A cos (Lt +( 1) dans laquelle D est le signal modulé, A est l'amplitude de la perturbation, ú.) est la fréquence de modulation, et

e-est l'angle de phase.

Pour retrouver l'information à l'entrée, on démodule le signal à la sortie en le multipliant par une fonction de démodulation appropriée. Actuellement, on utilise des démodulateurs de commutation pour réaliser le processus de multiplication Un démodulateur de commutation n'est rien d'autre qu'un simple interrupteur inverseur ayant une position "en service" et une position "hors service" Le fonctionnement du démodulateur de commutation peut être représenté par une onde carrée Il répond à un signal qui se trouve à la fréquence fondamentale désirée aussi bien que pour tout harmonique impair de la fréquence fondamentale qui peut être présent Un remède actuel pour traiter la réponse au point de vue des harmoniques est l'utilisation d'un filtre passe-bas ou passe-bande Dans de nombreuses applications, un tel filtre donne un résultat satisfaisant Pour du matériel en rotation tel que des accéléromètres, les paliers et d'autres facteurs engendrent des harmoniques d'importance significative qui vont apparaître dans le signal de sortie de l'instrument Ces harmoniques sont contenues dans la fréquence fondamentale (de rotation), ce qui a pour effet d'altérer la grandeur de la composante fondamentale désirée et par conséquent de donner une sortie ayant une valeur fausse Une solution évidente à ce problème consiste à filtrer les harmoniques pour les éliminer Toutefois, un filtre capable de réduire les harmoniques à un niveau acceptable va introduire un important décalage de phase Pans le cas d'un instrument comportant un axe d'entrée unique, l'angle de phase du signal n'est pas réellement critique, étant donné que l'erreur de phase affecte la sortie de l'instrument proportionnellement au cosinus de l'angle d'erreur Toutefois, dans le cas d'un instrument comportant deux axes d'entrée orthogonaux avec un

signal commun, l'erreur de phase affecte la sortie de l'instru-

ment de la même façon qu'une rotation apparente des axes de

détection.

L'utilisateur de l'instrument se trouve donc en face d'un dilemme D'une part, la présence d'harmoniques d'ordre élevé importants va conduire à une erreur si ces harmoniques ne sont pas éliminés par filtrage D'autre part, le filtrage produit un décalage de phase dont résultera également une erreur Il est donc proposé de mettre au point un démodulateur qui ne produise pas d'harmoniques importants en dessous d'un "n"ième ordre arbitraire Par exemple, on peut éliminer le

troisième, cinquième, septième et le neuvième harmoniques.

Alors, on peut employer un filtre pour les harmoniques au-dessus de cet ordre La conception d'un filtre destiné à réduire de db le onzième harmonique est bien moins difficile que celle

qui est nécessaire pour réduire de 60 db le troisième harmonique.

La première conception permet d'obtenir un décalage de phase minimal et il en résulte de plus une erreur sensiblement moindre

qui apparaîtra à la sortie.

Selon l'invention, on a prévu un démodulateur de commutation commandé par un générateur de fonction synchronisé au signal d'entrée Dans le mode de réalisation préféré, le générateur de fonction produit l'équivalent modulé en largeur d'impulsion d'une fonction en onde carrée n'ayant pas au moins

un de ces harmoniques au-dessus de la composante fondamentale.

Une boucle verrouillée en phase assure la synchronisation du générateur de fonction avec la vitesse de rotation de

l'instrument.

L'invention vise également un procédé qui fonctionne

de la même façon que l'appareil.

L'invention sera mieux comprise à la lecture de la

description qui va suivre qui se réfère au dessin annexé dans

lequel: la -figure unique représente un schéma bloc de

l'appareil démodulateur.

Le démodulateur de commutation multiplie son signal d'entrée par plus ou moins un Ceci est équivalent,à multiplier l'entrée par la fréquence fondamentale ainsi que par des

harmoniques impairs de cette fréquence La fonction multiplica-

trice est l'onde carrée qui peut être présentée par la somme suivante: f(t) = -a sin ( 2 n-1)t t ( 2) n = 2 n-1 Cette somme peut être développée pour faire apparaître les éléments individuels d'une série f(t) = a sin a t + a sin 3 a t + a sin 5 t t

3 5 3

Les équations ci-dessus indiquent que le commutateur est sensible aux harmoniques impairs du signal d'entrée Quand on se trouve en présence d'un bruit important, les composantes harmoniques sont très importantes Quand on traite ces harmoniques, ils sont mélangés dans la composante de fréquence fondamentale et produisent une erreur Si l'on emploie un filtre classique passe-bas ou passe-bande, on introduit un décalage de phase dont résulte une erreur qui est équivalente

à une rotation physique de l'instrument.

Pour résoudre ce problème, on a proposé d'utiliser le démodulateur de commutation d'une façon telle qu'on élimine certains des harmoniques perturbateurs Au lieu de réaliser la commutation du démodulateur à la fréquence fondamentale, ce qui a pour effet une caractéristique comme dans les équations ( 2) et ( 3), on commande le démodulateur à beaucoup plus grande vitesse et d'une façon telle qu'il devienne insensible aux

harmoniques impairs non désirés.

D'une façon plus spécifique, pour réaliser la démodu-

lation on utilise une action en onde carrée à laquelle on a retiré certains harmoniques les plus bas Les harmoniques d'ordre plus élevé peuvent être alors filtrés en vue de leur élimination d'une façon classique sans qu'il en résulte un

décalage de phase sensible.

L'équation de la fonction désirée peut être déduite comme suit Etant donné que chaque quadrant d'une fonction périodique symétrique est l'image dans un miroir des trois autres, alors il n'est nécessaire que de se concentrer sur un seul quadrant Pour une onde carrée pure ayant une amplitude de 1, l'équation pour l'amplitude dans le premier quadrant est simplement:

V= 1 ( 4)

L'expression de l'onde carrée diminuée de certains harmoniques d'ordre bas commençant par le troisième tirée des équations ( 2) et ( 4) est donnée par M V = 1 z _ 1 sin ( 2 n+ 1)W t + O ( 5) n= 1 2 n+ 1sin

formule dans laquelle M est le nombre d'harmoniques à supprimer.

Etant donné que le commutateur est un dispositif binaire, chaque fonction de commutation doit également être de nature binaire Si l'amplitude est une constante, alors le seul

autre facteur qui puisse varier est la durée de l'impulsion.

En conséquence, la fonction de commutation employée est l'équivalent de l'impulsion modulée en largeur de la fonction d'onde carrée diminuée des harmoniques indésirés bas Pour déduire la fonction, il est tout d'abord nécessaire de choisir une vitesse d'échantillonnage qui est identique à la vitesse de commutation mentionnée plus haut Cette vitesse dépend directement du nombre d'harmoniques que l'on désire supprimer et, pour un demi cycle, elle est de façon idéale égale au plus petit commun multiple des nombres d'harmoniques qu'il y a lieu de supprimer Par exemple, pour supprimer le troisième, le cinquième, le septième et le neuvième harmoniques, un cycle

entier pourrait être utilisé en 630 parties ( 2 x 3 x 5 x 7 x 3).

(Pour des considérations pratiques, on peut utiliser quelques

autres nombres de parties comme 512).

Pour convertir la fonction modifiée, équation 5.

pour obtenir un équivalent d'impulsion modulée en largeur, on compare l'intégrale de la fonction désirée prise entre O et W/2 à une somme des impulsions La première impulsion pour le premier intervalle est choisie de façon arbitraire comme

étant plus un On intègre la fonction de zéro à l'angle équiva-

lent (n x X 1/2) et on réalise la comparaison Si l'intégrale de la fonction est plus grande que la somme des impulsions à un point donné, l'impulsion suivante sera positive; si la somme des impulsions à un angle particulier est plus grande que l'intégrale de la fonction désirée, alors l'impulsion suivante sera négative On répète le processus de comparaison pour chaque intervalle successif de zéro à 900, pour compléter un quadrant La fonction résultante peut être appliquée aux trois quadrants restants du cycle étant donné que ces quadrants sont

les images dans un miroir du premier.

Le programme de commutation qui en résulte est utilisé pour commander le démodulateur de commutation en synchronisation de phase avec la sortie de l'instrument Etant donné que cette fonction ne contient pas d'harmoniques d'ordres bas, toute entrée au démodulateur de commutation à de telles fréquences

sera théoriquement rejetée.

On a montré à la figure 1 une réalisation pratique de l'appareil L'instrument 10 produit une sortie qui est démodulée

par un démodulateur de commutation 12 La fonction de commuta-

tion dérivée ci-dessus estnumérique et peut être emmagasinée dans une mémoire morte(ROM) 14 ou dans toute autre mémoire convenable ayant une capacité suffisante et pouvant être lue

en synchronisme avec l'entrée au démodulateur de commutation.

La taille de la mémoire est simplement déterminée par la vitesse d'échantillonnage qui a été choisie précédemment Tout ce qui est nécessaire à ce point est une méthode pour synchroniser la génération de la fonction de commutation à l'instrument Une boucle à verrouillage de phase 16 réalise parfaitement cette fonction La boucle à verrouillage de phase 16 reçoit un signal de synchronisation sur la ligne 18, lequel est appliqué à un comparateur de phase 20 qui pilote un oscillateur 22 contrôlé en tension de la façon réalisée normalement dans une boucle à verrouillage de phase La sortie de l'oscillateur contrôlé en tension 22 est appliqué par un compteur 24, lequel a une double fonction qui consiste à agir en tant que diviseur de fréquence et en générateur d'adresse Une sortie du compteur 24 est appliquée à l'entrée de référence 26 du comparateur de phase Cette ligne de rétroaction 28 termine la boucle 16 de verrouillage de phase La sortie de la boucle 30 se trouve

sous formenum 6 rique et fournit une adresse pour la mémoire.

En cours de fonctionnement, l'oscillateur 22 commandé en tension est synchronisé avec le signal de synchronisation sur la ligne 18; à son tour le compteur 24 fonctionne en synchronisme avec l'oscillateur 22 commandé en tension pour fournir une adresse variable de 1 à N qui est synchronisée avec l'instrument 10 La sortie de la mémoire 14 qui est l'équivalent modulé en largeur d'impulsion de la fonction de commutation est ainsi verrouillée dans l'instrument 10 et fournit une sortie faible en harmoniques pour le démodulateur de commutation 12 Enfin, un simple filtre passe-bas, non représenté, peut être ajouté pour éliminer les harmoniques

d'ordre élevé.

Bien entendu l'invention n'est pas limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à

titre d'exemple.

Claims (7)

REVENDICATIONS

1 Procédé pour démoduler en synchronisation une information codée en rotation, caractérisé en ce qu'il consiste à: engendrer une fonction onde carrée ayant une composante fondamentale et une série infinie d'harmoniques impairs de ladite composante fondamentale, diminuée d'au moins un desdits harmoniques impairs; synchroniser en phase ladite fonction onde carrée avec l'information codée correspondant à la rotation; et à multiplier ladite information codée en rotation par

ladite fonction onde carrée.

2 Démodulateur pour démoduler en synchronisme une information codée en rotation ayant un angle de phase instantané donné, en particulier pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte des moyens de commutation ( 12) et des moyens de commande ( 16,14) pour commander lesdits moyens de-commutation, lesdits moyens de commande comportant des moyens générateurs de fonction pour engendrer une fonction de commande de telle sorte que lesdits moyens commutateurs commutent en fonction de ladite fonction de commande, de sorte que la fonction de commande est une fonction en onde carrée ayant une composante fondamentale et une série infinie d'harmoniques impairs de ladite composante fondamentale

diminuée d'au moins un desdits harmoniques impairs.

3 Démodulateur selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite fonction de commande est l'équivalent modulé

en largeur d'impulsion de ladite fonction à onde carrée.

4 Démodulateur selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdits moyens commutateurs consistent en un

démodulateur à commutation ( 12).

Démodulateur selon la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens de commande comportent de plus des moyens de synchronisation ( 18) pour synchroniser en phase les moyens formant générateur de fonction avec ledit angle de phase

instantané.

6 Démodulateur selon la revendication 5, caractérisé en ce que les moyens générateurs de fonction comportent des moyens formant mémoire-adressable ( 14) dans laquelle ladite fonction de commande est emmagasinée, lesdits moyens de mémoire

adressable répondant auxdits moyens de synchronisation.

7 Démodulateur selon la revendication 6, caractérisé en ce que les moyens de synchronisation comportent une boucle à verrouillage de phase ( 16). 8 Démodulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'une desdites séries infinies d'harmoniques impairs

est éliminée de la fonction à onde carrée.

9 Démodulateur selon la revendication 7, caractérisé en ce que les quatre premières desdites séries infinies d'harmoniques impairs sont éliminées de la fonction à onde carrée.