FR2690752A1 - Appareil d'acquisition multivoies de grandeurs électriques. - Google Patents

Abstract

L'appareil comprend un transformateur (T1), doté de plusieurs enroulements primaires (EPn) indépendants reliés chacun à une voie d'acquisition respective (VA1-VA4)), et d'un enroulement secondaire (ES) relié à une voie de sortie de données. Un circuit de conditionnement avec entrées de commande (1a-1d) permet d'appliquer sélectivement à chacun des enroulements primaires (EP1-EP4) un signal d'attaque (SA1-SA4) dont l'un des paramètres est fonction de la grandeur électrique présentée sur la voie d'acquisition correspondante. Le circuit de conditionnement est relié à un circuit de commande (2) de telle manière que chaque enroulement primaire (EP1-EP4) soit alimenté tour-à-tour avec son signal d'attaque correspondant (SA1-SA4), selon un partage temporel déterminé. Les signaux (SI) induits sur les enroulements primaires (EP1-EP4) par les signaux d'attaque (SA1-SA4), sont analysés par un circuit de détection et de traitement synchronisé avec le partage temporel de manière à présenter, sur la voie de sortie, des signaux de données (D0-D11, Dsync) identifiées à chacune des voies d'acquisition et représentatives des grandeurs électriques (V1-V4) présentes sur celles-ci.

Description

Appareil d'acquisition multivoies de grandeurs électriques
La présente invention concerne un appareil d'acquisition multivoies de grandeurs électriques analogiques, destiné au contrôle des tensions ou des courants, ou de tous autres paramètres électriques présents sur différentes lignes présentées sur des voies d'acquisition respectives, par exemple pour étudier leur évolution dans le temps, ou pour détecter des franchissements de seuils prédéterminés. De tels appareils, connus en eux mêmes, sont utilisés notamment dans les enregistreurs centralisés servant à analyser les perturbations transitoires dans les lignes de transport de signaux ou d'énergie électrique.

Lorsque plusieurs voies d'acquisition sont groupées sur un seul appareil, il est important de s'assurer que celles-ci soient bien isolées mutuellement afin de minimiser les phénomènes de diaphonie entre les voies adjacentes. Par ailleurs, lorsque l'on contrôle des lignes de tensions élevées ou des lignes sujettes à de grandes sur-tensions, il est nécessaire de prévoir un isolement galvanique efficace non seulement entre les voies d'acquisition elles-mêmes, mais également entre celles-ci et les circuits de sortie de l'appareil.

Une solution à ce problème d'isolement consiste à rendre chaque voie d'acquisition totalement indépendante des autres, depuis l'entrée jusqu'aux circuits de sortie de données. Typiquement, une voie d'acquisition conforme à cette solution se compose d'une chaîne ayant en entrée un circuit de calibrage et de pré-traitement de la grandeur électrique, qui transmet un signal représentatif de cette grandeur vers un étage de détection et de traitement. Cet étage comprend normalement un circuit convertisseur analogique-numérique fournissant des données binaires représentatives de la grandeur mesurée sur la voie d'acquisition, qui sont ensuite gérées avec celles d'autres voies d'acquisition par une unité centrale.

Si nécessaire, une protection contre les surtensions à l'entrée de l'étage de conversion peut être réalisée en utilisant un couplage à isolement galvanique, tel qu'un isolateur optique ou un amplificateur d'isolement. Lorsque la voie d'acquisition n'est envisagée que pour des signaux alternatifs, il est également possible d'utiliser un transformateur de signal.

Quelles que soient les variantes, on notera qu'il est toujours nécessaire de prévoir un étage de sortie, comprenant le plus souvent un convertisseur analogique-numérique particulièrement onéreux, pour chaque voie d'acquisition.

Afin de réduire le coût qu'occasionne la multiplication des circuits de sortie avec les voies d'acquisition, il a été proposé dans le document
FR-A-2 242 665 un appareil multivoies ayant un transformateur a plusieurs enroulements primaires, chacun étant alimenté par les signaux d'entrée d'une voie respective, et un enroulement secondaire détectant les signaux induits sous l'effet global de ces signaux d'entrée. Les enroulements primaires de cet appareil ne sont pas indépendants, ayant chacun une extrémité reliée en commun à la terre et l'autre reliée à une source de signaux alternatifs à analyser. Les enroulements primaires sont équilibrés de telle manière que les flux magnétiques développés par les signaux alternatifs d'entrée s'annulent magnétiquement lorsque tous ces signaux sont maintenus dans un état normal, mais produisent un signal de sortie détectable sur l'enroulement secondaire lorsqu'il y a rupture de l'équilibre. Le signal de sortie permet alors de déceler une anomalie sur l'ensemble des entrées sous contrôle, mais sans pouvoir indiquer sur laquelle des voies elle se serait produite.

Selon un autre exemple décrit dans la demande de brevet FR-A-2 477 720, on utilise également un transformateur d'isolement galvanique à enroulements primaires multiples, mais connectés en série, et à enroulement secondaire unique. Le transformateur est prévu pour détecter des valeurs limites de courant continu fourni aux différents enroulements primaires, tandis que l'enroulement secondaire détecte le flux résultant d'une évolution de ces courants par comparaison avec un flux de référencée. Dans ce montage, le noyau du transformateur est en matériau ferromagnétique bistable prévu pour basculer d'état lorsque l'une des valeurs sous contrôle franchit une limite déterminée.

I1 est clair qu'une telle simplification par l'utilisation d'une voie de sortie unique entraîne l'impossibilité de pouvoir analyser chaque voie à titre individuel, et exclut de ce fait la majorité des applications normalement envisageables avec les appareils d'acquisition multivoies.

On notera aussi que dans ces exemples, le transformateur n'assure pas l'isolement galvanique entre les voies d'entrée en raison de continuité dans les enroulements primaires, et qu'il faut donc prévoir des isolateurs adaptés, par exemple des opto-coupleurs ou autre dispositifs anti-retours, pour chacune des voies à protéger.

Un premier but de la présente invention est donc de prévoir un appareil d'acquisition multivoies de grandeurs électriques analogiques aussi bien continues qu'alternatives, permettant une bonne isolation galvanique entre les voies et les circuits de sortie, capable de contrôler chaque voie indépendamment, et ce sans les coûts importants qu'entraîne la multiplication des circuits de sortie indépendants pour chaque voie contrôlée.

Conformément à la présente invention, ce but est atteint par un appareil d'acquisition multivoies de grandeurs électriques comprenant plusieurs voies acquisition couplées au moyen d'un transformateur à au moins une voie de sortie de données, caractérisé en ce qu'il comprend: au moins un transformateur comprenant plusieurs enroulements primaires indépendants reliés chacun à une voie d'acquisition respective, et au moins un enroulement secondaire relié à une voie de sortie de données, un circuit de conditionnement avec entrées de commande permettant d'appliquer sélectivement à chacun des enroulements primaires un signal d'attaque dont l'un des paramètres est fonction de la grandeur électrique présentée sur la voie d'acquisition correspondante, un circuit de commande relié au circuit de conditionnement tel que chaque enroulement primaire soit alimenté tour à tour avec son signal d'attaque correspondant, selon un partage temporel déterminé, un circuit de détection et de traitement des signaux induits sur les enroulements primaires par les signaux d'attaque, synchronisé avec ledit partage temporel de manière à présenter, sur la voie de sortie, des signaux de données identifiées à chacune des voies d'acquisition et représentatives desdites grandeurs électriques présentes sur celles-ci, et une alimentation fournissant les tensions nécessaires au fonctionnement desdits circuits.

De préférence, le transformateur ne comprend qu'un seul enroulement secondaire relié à une voie unique de sorties de données. I1 peut être ainsi réalisé un montage relativement simple au niveau du couplage inductif, avec par exemple quatre voies d'entrée qui sont séquencées pour fournir des données en partage temporel sur un circuit de sortie unique.

De préférence, le circuit de conditionnement comprend des moyens d'échantillonnage et de mémorisation des grandeurs électriques sur chacune des voies qui sont activés simultanément à chaque cycle du partage temporel, ce qui permet d'obtenir une coïncidence parfaite des phases des signaux à analyseur.

Avantageusement, le circuit de conditionnement délivre les signaux d'attaque sur chaque enroulement primaire sous forme de cycle de courant dont l'amplitude est fonction de ladite grandeur électrique, et ayant une valeur moyenne nulle. Cette dernière caractéristique permet de s'affranchir du recentrage des signaux d'attaque qui serait alors nécessaire à chaque séquence, et d'éviter ainsi une source non-négligeable de diaphonie entre les voies, compte tenu de la bande passante importante qui peut être utilisée dans certaines applications.

Par ailleurs, le transformateur est avantageusement mis en oeuvre de façon à présenter au niveau du primaire une résistance série relativement forte, et donc une constante de temps faible et, au niveau du secondaire, une résistance relativement faible, donnant lieu à une constante de temps élevée.

Cette disposition permet d'obtenir un flux très faible dans le circuit magnétique du transformateur, favorisant la linéarité de la réponse, notamment vers les basses fréquences. De plus, le signal de sortie reste stable sur une durée suffisante pour permettre un échantillonnage précis des signaux recueillis en sortie.

Le circuit de détection et de traitement peut comprendre un étage convertisseur analogique-numérique recevant en entrée des tensions obtenues à partir des signaux induits et délivrant en sortie les données sous forme de mots binaires cadencés en synchronisme avec le séquencement temporel. La numérisation des données est ainsi réalisée sur plusieurs voies d'acquisition en utilisant un étage convertisseur unique, ce qui permet une réduction considérable du coût par voie d'acquisition installée.

Le circuit de commande peut être réalisé autour d'une unité centrale programmée de manière à gérer des fonctions supplémentaires, telles que le calibrage des entrées de chaque voie d'acquisition, ou la gestion des données. L'appareil peut notamment comprendre en outre, reliée à l'unité centrale, une mémoire de stockage des données de sortie et un dispositif d'affichage géré par l'unité centrale de manière à indiquer l'évolution des grandeurs électriques sous contrôle pour chacune des voies.

Par ailleurs, l'unité centrale peut être programmable pour émettre des signaux indicatifs de dépassement de valeurs seuils.

D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront clairement de la description qui en est faite ci-après, à titre indicatif et nullement limitatif, en référence aux dessins annexés sur lesquels:
- la figure 1 est un schéma synoptique très simplifié permettant de comprendre l'organisation d'un appareil d'acquisition multivoie de grandeurs électriques analogiques selon la présente l'invention,
- les figures 2a à 2d représentent des exemples de signaux présents sur les voies d'acquisition de l'appareil de la figure 1,
- les figures 3a à 3d représentent la variation de l'amplitude des signaux d'attaque émis par le circuit de conditionnement en réponse aux signaux des figures 2a à 2d,
- les figures 4a à 4d représentent l'évolution des signaux d'attaque transmis vers chaque enroulement primaire sur un cycle de partage temporel du transformateur,
- la figure 5 est un schéma synoptique plus détaillé de l'appareil selon la figure 1,
- les figures 6a à 6g sont des chronogrammes des différents signaux intervenant dans le circuit de détection et de traitement de la figure 5,
- les figures 7a à 7g sont des chronogrammes des différents signaux de commande émis par le circuit de commande de la figure 5, et
- la figure 8 montre une variante de l'appareil de la figure 5, conforme à la présente invention.

La figure 1 présente l'organisation d'un appareil d'acquisition selon la présente invention, prévu pour recevoir des tensions V1, V2, V3, V4 de quatre voies d'acquisition VA1 à VA4 isolées les unes des autres. Chaque voie d'acquisition est référencée à son propre point de zéro volt OV1,
OV2, OV3, OV4, de sorte que les tensions d'entrées restent complètement indépendantes.

Chaque entrée de tension V1 à V4 est reliée à un enroulement primaire EP1, EP2, EP3, EP4 d'un transformateur multi-primaires\mono- secondaire T1 par un ensemble de circuits de conditionnement respectifs la, lb, lc, id. Ces derniers ont pour fonction de transformer la tension
Vn présentée à leur entrée en un courant d'attaque SAn (n étant un nombre de 1 à 4) variant dans le temps, et dont l'amplitude est fonction de la tension Vn en entrée. Le fonctionnement des circuits de conditionnement la à id est commandé de manière à déliver ces signaux d'attaque sélectivement selon un partage temporel, à des signaux respectifs CODE1 à CDM émis par un circuit de commande2 au moyen d'un bus de données. Sur ce dernier est intercalé un circuit de couplage 3 qui offre une isolation galvanique entre le circuit de commande à sa section d'entrée 3a et les circuits de conditionnement la à id à sa section de sortie 3b, par exemple au moyen d'opto-coupleurs.

De même, les circuits de conditionnement la à id sont aussi alimentés séparément par des tensions de fonctionnement AL1 à AL4 au moyen d'une alimentation 4 offrant par son transformateur T2 une isolation galvanique entre son entrée EA et les sorties respectives.

Le circuit de commande 2 et le circuit de détection et traitement 5 étant ainsi complètement isolés galvaniquement des voies d'acquisition
VAn, ils peuvent être alimentés par des sources de tension sans précaution particulière an niveau de la protection.

Les figures 2a à 2d montrent à titre d'exemple des valeurs de tensions d'entrée respectives V1 à V4 en ordonnée et leur évolution dans le temps en abscisse, alors que les figures 3a à 3d représentent la variation de l'amplitude des signaux d'attaque émis par le circuit de conditionnement en réponse aux signaux des figures 2a à 2d. Dans l'exemple, les tensions d'entrée ont des fréquences différentes et sont des sinusoïdes (figures 2a et 2b) ou des créneaux (figure 2c) ou encore une tension continue (figure 2d). Dans ce dernier cas, l'amplitude sera comprise comme étant la différence de potentiel entre la tension V4 et son point de référence OV4.

Comme le montrent les figures 3a à 3d, chaque cycle de courant d'attaque SAn se présente sous la forme d'une première excursion, à un moment tO, d'un courant nul à un courant positif In proportionnel à la tension Vn, suivie, au moment tl, d'une deuxième excursion depuis le courant In au courant - In, et enfin, au moment t3, d'une troisième transition du courant -In à 0 (courant nul).

Les figures 4a à 4d montrent le séquencement des cycles de signaux
SAn appliqués successivement sur les enroulements primaires respectifs
EP1 à EP4. Le cycle de signal d'attaque SA1 est appliqué à l'enroulement primaire EP1 (figure 4a) alors que toutes les autres sorties SA2 à SA4 sont bloquées à une valeur de courant zéro (figures 4b à 4c). A la fin de ce premier cycle, le cycle de signal d'attaque SA2 est appliqué à l'enroulement primaire EP2 (figure 4b), avec toutes les autres sorties bloquées à une valeur zéro), et ainsi de suite jusqu'à la fin du quatrième cycle SA4 (figure 4d), après quoi la séquence reprend avec le cycle SA1, etc.

On remarquera qu'il existe un intervalle minimum de temps déterininé t4 (montré de façon exagérée à la figure 4) entre chaque cycle durant Iequel aucun des enroulements primaires EPn n'est alimenté, afin d'éviter toute interférence.

Les variations dans les signaux IS induits sur l'enroulement secondaire ES à chaque cycle des signaux d'attaque permettent ainsi d'obtenir des informations sur les tensions d'entrée de chacune des voies d'acquisitions. Ces signaux IS sont analysés et transformés en données numériques corrélées aux voies correspondantes par un circuit de détection et de traitement 5 contrôlé à partir de commandes CDES émises par le circuit de commande et de séquencement 2. Les données numériques DN issues du circuit de détection et de traitement sont ensuite envoyées vers le circuit de commande 2 afin de réaliser diverses tâches de contrôle, telles que l'ajustement du gain d'entrée des circuits de conditionnement la à id, l'enregistrement et la comparaison des données avec des valeurs seuils, et éventuellement l'affichage d'informations sur les voies d'acquisition. Les données numériques sont également transmises vers l'extérieur selon un protocole de transmission parallèle ou série DNsync, avec des données d'identification de voie et d'autres paramètres de fonctionnement.

La figure 5 est un schéma synoptique reprenant celui de la figure 1 en plus de détail. Cependant, pour des raisons de simplicité, seul un des circuits de conditionnement est représenté (la), les autres étant configurés de façon analogue.

On notera que l'organisation des blocs fonctionnels est réalisée de façon à définir une partie isolée de l'appareil (partie à gauche de l'axe A
A') contenant l'entrée des voies d'acquisition VAn, et une partie nonisolée (partie droite de l'axe A-A') contenant l'ensemble des circuits de sortie et commande de l'appareil. L'axe A-A' est matérialisé par le noyau du transformateur multi-primaire/mono-secondaire T1, l'interface optique du coupleur 3, et le noyau du transformateur T2 de l'alimentation 4.

Dans l'exemple, l'alimentation 4 comprend de manière classique un convertisseur à découpage 4a recevant une tension continue Vcc en entrée et relié à l'enroulement primaire transformateur T2. Les tensions de sortie V1 à V4 nécessaires au fonctionnement des circuits de fonctionnement respectifs sont délivrées par des convertisseurs 4bl à 4b4 indépendants, chacun relié aux enroulements secondaires du transformateur 12.

Toutefois, il est également possible d'envisager une alimentation interne et autonome a chaque circuit de conditionnement, par exemple à base d'accumulateurs ou autres piles.

Le circuit de commande 2 se décompose en une unité centrale 2a comprenant une carte microprocesseur avec des mémoires de programmation et de stockage de données, et un séquenceur général avec interfaces d'entrées et de sorties 2b pour la gestion de tous les signaux sous contrôle.

L'entrée de chaque voie d'acquisition présente, au niveau du circuit de conditionnement in, un étage d'écrêtage 10 permettant la protection des autres parties du circuit lorsque les signaux OVn appliqués ont une dynamique trop grande. Après l'étage d'écrêtage, le signal OVn est calibré par un atténuateur variable 11 réglable par commandes logiques cal afin de garder la dynamique d'entrée dans une plage linéaire des circuits de l'appareil. Cet atténuateur 11, de conception connue, comprend typiquement une gamme de charges résistives calibrées pouvant être mises sélectivement en circuit avec l'entrée au moyen de relais à commande logique. Dans l'exemple, les commandes logiques "cal" sont fournies par un contrôleur interne 12 en réponse à des données de contrôle spécifiques DC comprises dans les signaux de commande CDE1.

Ensuite, le signal passe à travers un filtre passe bas anti-repliement 13 et à l'entrée d'un circuit échantillonneur bloqueur 14 classique, comprenant un interrupteur analogique 14a et un amplificateur 14b à charge capacitive de gain unitaire.

Les cycles d'échantillonnage sont régis par des signaux ECHV émis simultanément sur tous les quatre circuits de conditionnement la à id avant chaque nouveau cycle de partage temporel par les contrôleurs internes 12 respectifs en fonction d'un signal d'horloge H transmis par le circuit de commande 2. Cette simultanéité des cycles d'échantillonnage donne lieu à une coïncidence parfaite des phases des signaux à analyser dans chacun des cycles de partage temporel, ce qui permet d'obtenir une grande précision de mesure, notamment lorsqu'il s'agit d'établir des données relatives entre les voies d'acquisition.

La fréquence de coupure du filtre est fixée à une valeur inférieure ou égale à la moitié de la fréquence d'échantillonnage la plus basse envisagée, afin d'assurer la mémorisation correcte de la tension en entrée.

Ainsi, au début de la séquence de partage temporel le signal ECHV ferme l'interrupteur 14a pendant un cycle de la fréquence d'échantillonnage, afin de charger l'amplificateur 14b avec la tension issue du filtre 13. Cette même tension apparaît alors sur la sortie Séch le l'amplificateur, où elle est maintenue à une valeur constante.

Le signal d'attaque SA1 est délivré sur les bornes de l'enroulement primaire EP1 aux bornes de sortie d'un double inverseur à trois états 15 ayant deux bornes d'entrée connectées respectivement à la sortie Séch de l'amplificateur 14b et à une tension nulle 0v de référence de l'appareil. Le double inverseur est conçu à partir d'interrupteurs analogiques commandés par des signaux INVTRI du contrôleur interne 12, permettant d'appliquer la sortie Séch sélectivement à l'enroulement primaire EPn, selon soit une première polarité, soit une deuxième polarité inverse de la prernière, ou alors de déconnecter l'enroulement primaire.

Après la période d'échantillonnage commune à chaque voie, le cycle de partage temporel commence avec la voie V1 par l'envoie du signal d'attaque SA1 sur l'enroulement primaire EP1 (figure 3a). Ce signal est obtenu en commutant la tension sur la sortie Séch et la tension nulle sur l'enroulement primaire selon la première polarité (temps tao), puis en inversant cette polarité (temps tl), et enfin en déconnectant l'enroulement primaire EP1 du transformateur (temps t3). L'enroulement primaire EP1 se trouve donc être alimenté en courant par une période d'une onde rectangulaire, d'amplitude maximale égale à la valeur instantanée du signal à transmettre, et de valeur moyenne nulle. En dehors de ce cycle, l'enroulement primaire EP1 reste déconnecté (figure 4a).

Le fonctionnement des circuits de conditionnement 1 des autres voies d'acquisition est identique, à part le fait que les signaux de commande du double inverseur INVTRIn sont décalés d'une voie à l'autre de manière à réaliser le partage temporel des signaux d'attaque SAn (figure 4).

Ce partage temporel permet ainsi, selon l'invention, de ne disposer que d'une seule voie de sortie, matérialisée par le circuit de détection et traitement 5 reliée à l'enroulement secondaire ES, pour recueillir les valeurs détectées sur chacune des voies d'acquisition.

Le circuit de détection et de traitement 5 comporte en entrée un étage convertisseur courant-tension 16 de conception classique, qui délivre une tension instantanée U1 en fonction des courants IS induits dans l'enroulement secondaire ES du transformateur T1, et en antiphase avec ceux-ci. La relation entre les paramètres U1 et IS est montrée par les chronogrammes des figures 6a et 6b.

La sortie U1 est reliée à un circuit échantillonneur bloqueur 17, semblable au circuit 14, composé d'un interrupteur 17a dont la fermeture est contrôlée par un créneau positif d'un signal ECHS fourni par le circuit de commande et de séquencement, et d'un amplificateur à gain unitaire à charge capacitive 17b. Le flanc ascendant du créneau positif du signal
ECHS est synchronisé avec chaque moment to auquel apparaît la première mise en tension d'un enroulement primaire durant un cycle du double inverseur 15 (figure 3), laquelle produit instantanément une montée du courant de signal IS sur l'enroulement secondaire (figure 6a).

La période d'échantillonnage (figure 6c) est suffisamment longue pour permettre la détection de la chute de la tension U1 produite par le convertisseur 16 en réponse à la montée du courant IS due à la commutation to (figure 5b). L'amplificateur produit en sortie une tension
U2 maintenue à la même grandeur que U1 (figure 6d). On notera que les parties du signal IS résultant de l'inversion de la polarité (temps ti) et de la déconnexion (temps t3) de l'enroulement primaire EPn ne sont pas échantillonnées à l'étage de sortie. Elles sont en fait utilisées spécifiquement pour faire évoluer la magnétisation du noyau de transformateur T1 sur un cycle de rémanence complet et pour assurer une valeur moyenne de la tension SAn nulle. Cette dernière caractéristique permet d'éviter un recentrage des signaux d'attaque SA à chaque sélection de voie, et avec les problèmes de diaphonie entre les voies qui s'ensuivent.

On notera que le transformateur T1 est mis en oeuvre de manière à présenter au niveau du primaire une résistance série relativement forte, et donc une constante de temps faible et, au niveau du secondaire, une résistance relativement faible, donnant lieu à une constante de temps élevée. Cette disposition permet d'obtenir un flux très faible dans le circuit magnétique, ce qui favorise la linéarité de la réponse, notamment vers les basses fréquences. De plus, elle assure un signal de sortie ES stable sur une durée suffisante pour permettre une lecture précise des signaux par le circuit échantillonneur bloqueur 17, et qui s'annule très rapidement après la fin du cycle de deux impulsions inversées pour minimiser la diaphonie entre les voies.

La tension U2 est numérisée par un convertisseur analogiquenumérique 18 durant une période t5 succédant à l'échantillonnage (figure 6e). Cette période est déterminée par un créneau positif d'un signal de validation val appliqué à l'entrée de réchantillonneur par l'interface de sortie 2b de l'unité centrale 2. L'entrée de données du convertisseur 18 est reliée à la sortie d'un mélangeur 19 à deux entrées, alors que son entrée de tension de référence est maintenue à une tension Uref. Le mélangeur 19 reçoit sur ces entrées respectives la tension U2 délivrée par l'amplificateur l7b et une tension de décalage égale à Ure(2, de sorte que la tension U3 en sortie du mélangeur 19 est référencée par rapport à une valeur médiane de numérisation, permettant ainsi de numériser les tensions U3 positives et négatives sur des plages symétriques (figure 6f). Les tensions Uref et
Uref/2 sont établies de manière précise au niveau de l'interface de sortie 2.

La figure 7 est un organigramme montrant, sur une séquence complète de partage temporel, les relations de phase entre les signaux de commande du circuit de détection et de traitement 5 et des circuits de conditionnement la à id pour les quatre voies.

La séquence se divise en neuf périodes, la première étant l'échantillonnage au niveau de rentrée des voies d'acquisition, commandé par un créneau positif du signal ECHV transmis simultanément à réchantillonneur bloqueur 14 de chacune des voies (figure 7a). Le partage temporel des quatre voies est alors établi sur les huit autres périodes en affectant tour-à-tour, à partir de la première voie, deux périodes successives aux signaux de commande INVTRn pour l'obtention des signaux d'attaque SAn (figures 7b à 7e). L'état 0v du signal INVTR correspond à la mise en circuit ouvert de l'enroulement primaire EPn, alors que la connexion de ce dernier sur les bornes de sortie de Sech et 0v selon une polarisation non-inversée ou inversée correspond respectivement à une tension positive ou négative du signal INVTRn.

Les signaux ECHS de commande de l'échantillonneur 17 de l'étage de sortie et le signal VAL de validation du convertisseur analogique numérique 18 (figures 7f et 7g respectivement) sont émis à partir de la deuxième période, et selon le synchronisme décrit plus haut en référence avec la figure 6.

Les données numérisées DO-Dl 1 apparaissent à la fin de la période de validation (figure 6g) et sont transmises à l'unité centrale 2a, via l'interface entrées/sorties 2b. Ces données DO-Dl i sont stockées dans une mémoire interne de l'unité centrale avec une identification de la voie d'acquisition auxquelles elles sont relatives, établie à partir du séquencement régissant le partage temporel des voies. Une fois acquises, ces données peuvent être traitées par des programmes informatiques permettant diverses exploitations. I1 est par exemple possible d'afficher sur écran (non représenté) l'évolution dans le temps des tensions, et éventuellement d'en obtenir une sortie sur imprimante. Les données peuvent aussi être transmises à l'extérieur de l'appareil avec d'autres information sur un bus de données Dsync selon un protocole établi, tel que les bus CEI 821 (VME), Qbus etc.

Il est également aisé de prévoir une gestion automatique et centralisée des paramètres de fonctionnement de l'appareil en fonction des données DO-D11 issues de l'étage de sortie, par exemple pour changer un calibre de l'atténuateur 11, les temps d'échantillonnage, et tous autres signaux de séquencement ou de polarisation.

On notera que le nombre de voies d'acquisition possibles pour une voie de sortie peut être très supérieur à quatre, la seule limitation réelle étant l'intervalle de temps tint admissible entre chaque nouvelle acquisition de données sur une voie, qui est fixé par la relation:
tint = (1 + 2Nv)/(t3
<RTI ID=1 pas détaillées. On notera seulement que le chronogramme des signaux de commande INVAR1' à INVTR12', par analogie aux figures 7b à 7e, occupera vingt-quatre périodes, et qu'une séquence complète comprendra donc vingt-cinq périodes, en ajoutant une première période d'échantillonnage.

Chaque enroulement secondaire ESa, ESb et ESc reçoit ainsi, à chaque séquence de partage temporel, quatre signaux successifs ISi (i étant un nombre de 1 à 12) correspondant aux quatre signaux d'attaque
SAi des voies d'acquisition qui lui sont attribuées.

Ainsi, au début de chaque séquence de partage temporel, l'enroulement secondaire ESa du transformateur Tla recevra successivement les quatre signaux IS1 à IS4 correspondant aux signaux d'attaque SA1 à SA4 des circuits de conditionnement la à ld, puis le transformateur Tlb recevra les quatre signaux IS5 à IS8 correspondant aux signaux d'attaque SA5 à SA8, et finalement le transformateur Tlc recevra les quatre signaux IS9 à IS12 correspondant aux signaux d'attaque
SA9 à SA12.

Les enroulements secondaires ESa, ESb et ESc sont reliés chacun à un convertisseur courant-tension 16a, 16b, 16c analogue au convertisseur 16 de la figure 7, dont les sorties sont appliquées à des entrées de données ml, m2, m3 d'un multiplexeur analogique 165. Ces entrées sont mises sélectivement sur la sortie s du multiplexeur selon des signaux de sélection sel fournis par le circuit de commande 2 de manière à relier le circuit d'échantillonnage 17 tour-à-tour sur les sorties des convertisseurs 16a à 16c en phase active.

De la sorte, le circuit d'échantillonnage 17 recevra, à chaque cycle de partage temporel, les vingt-quatre signaux successifs correspondant aux tensions Vi des voies d'acquisition. Le mélangeur 19 et le convertisseur analogique-numérique 18 peuvent fonctionner de la même manière que dans le mode de réalisation de la figure 6. Les seules modifications nécessaires au niveau du circuit de commande 2 pour accommoder plusieurs transformateurs au lieu d'un seul consistent à prévoir une sortie supplémentaire pour le signal de sélection sel du multiplexeur 165, et une révision de la programmation des différents signaux de commande.

On remarquera que le nombre de transformateurs multiprimaire/mono-secondaire mis en oeuvre sur une voie de sortie est arbitraire, et peut être bien au-delà de trois sans que cela pose des problèmes technologiques en dehors des compétences de l'homme du métier.

L'économie que permet le partage temporel des voies d'acquisition sur une voie de sortie unique, selon la présente invention, est d'autant plus importante que de tous les circuits de base de l'appareil, le convertisseur analogique numérique est l'un des plus onéreux. Qui plus est, toute erreur de numérisation due à des imperfections au niveau du convertisseur (par exemple en raison du vieillissement des composants) est reportée de manière identique à chacune des voies sous contrôle, permettant une élimination de cette composante lorsque les données sont comparées.

L'invention n'est pas limitée au contrôle de tensions sur les voies d'acquisition, mais peut, au contraire, être utilisée pour l'acquisition de toute autre grandeur électrique à partir de laquelle on peut obtenir un signal d'attaque dont l'un des paramètres est fonction de cette grandeur.

Par exemple, il serait aisé de modifier le circuit de conditionnement de l'appareil de la figure 5 pour obtenir un contrôle du courant sur la voie d'acquisition, en ajoutant un étage convertisseur courant-tension avant l'échantillonneur 14. Le courant d'entrée pourrait provenir d'un capteur ou de tout autre moyen connu de l'homme du métier.

De même, il est également possible de coupler divers instruments de mesure de grandeurs électriques connus pour contrôler la résistance à terre d'une ligne, sa capacité, etc. dès lors que ces instruments peuvent délivrer un signal variant en fonction de cette grandeur, ce signal étant ensuite repris par le circuit de conditionnement.

Par ailleurs, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'un signal d'attaque dont ce soit l'amplitude est fonction de la grandeur électrique présentée sur la voie d'acquisition. En effet, il est également possible de remplacer le double commutateur à trois états 15 par un circuit oscillateur contrôlé par tension. Dans ce cas, le signal détecté au niveau de l'enroulement secondaire ES du transformateur T1 sera représentatif de la grandeur électrique par sa fréquence, qu'il conviendra alors de traiter selon des techniques adaptées, par exemple au moyen d'un convertisseur fréquence-tension. De façon analogue, le signal d'attaque SAn peut être modulé en largeur d'impulsion en fonction de la grandeur contrôlée sur la voie d'acquisition, auquel cas le signal recueilli sur l'enroulement secondaire ES sera démodulé pour en extraire l'information, toujours selon des techniques bien connues.

Claims (14)

Revendications

1. Appareil d'acquisition multivoies de grandeurs électriques comprenant plusieurs voies acquisition couplées au moyen d'un transformateur à au moins une voie de sortie de données, caractérisé en ce qu'il comprend:

- au moins un transformateur (fol), comprenant plusieurs enroulements primaires (EPn) indépendants reliés chacun à une voie d'acquisition respective (VA1-VA4 , et au moins un enroulement secondaire (ES) relié à une voie de sortie de données,

- un circuit de conditionnement avec entrées de commande (la-ld) permettant d'appliquer sélectivement à chacun des enroulements primaires (EP1-EP4) un signal d'attaque (SA1-SA4) dont l'un des paramètres est fonction de la grandeur électrique présentée sur la voie d'acquisition correspondante,

- un circuit de commande (2) relié au circuit de conditionnement (la-id) de telle manière que chaque enroulement primaire (EP1-EP4) soit alimenté tour-à-tour avec son signal d'attaque correspondant (SA1-

SA4), selon un partage temporel déterminé,

- un circuit (5) de détection et de traitement des signaux (SI) induits sur les enroulements primaires (EP1-EP4) par les signaux d'attaque (SA1-SA4), synchronisé avec ledit partage temporel de manière à présenter, sur la voie de sortie, des signaux de données (D0- Dll, Dsync) identifiées à chacune des voies d'acquisition et représentatives desdites grandeurs électriques (V1-V4) présentes sur celles-ci, et

- une alimentation (4) fournissant des tensions nécessaires au fonctionnement desdits circuits

2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le transformateur (fol) comporte un seul enroulement secondaire (ES) relié à une voie unique de sortie de données.

3. Appareil selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le circuit de conditionnement (la-ld) comprend des moyens d'échantillonnage et de mémorisation des grandeurs électriques sur chacune des voies qui sont activés simultanément à chaque cycle du partage temporel

4. Appareil selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le circuit de conditionnement (la-ld) délivre les signaux d'attaque (SAi-SA4) sur chaque enroulement primaire (EP1-EP4) sous forme de cycle de courant dont l'amplitude est fonction de ladite grandeur électrique, et ayant une valeur moyenne nulle.

5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le circuit de conditionnement (la-ld) comprend, pour chaque voie d'acquisition, un commutateur inverseur à trois états (15) pouvant recevoir en entrée un signal représentant ladite grandeur électrique délivrée à partir d'un échantillonneur bloqueur (14), l'échantillonneur bloqueur et l'inverseur étant pilotés par le circuit de commande (2) pour établir ledit signal d'attaque selon un cycle correspondant à la connexion de l'enroulement primaire (EP1-EP4) avec le signal échantillonné dans une polarité, puis à l'inversion de cette polarité, et finalement à la déconnexion de l'enroulement primaire.

6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce que l'entrée du circuit de conditionnement (la-id) comprend, en amont de l'échantillonneur (14), un filtre passe bas anti-repliement (13) dont la fréquence de coupure est choisie en fonction de la fréquence d'échantillonnage la plus basse envisagée pour l'échantillonneur (14).

7. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que le circuit de conditionnement (la-ld) comprend un atténuateur variable (11) contrôlé par le circuit de commande (2).

8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le transformateur (FI) est mis en oeuvre de façon à présenter au niveau du primaire une résistance série relativement forte, et donc une constante de temps faible et, au niveau du secondaire, une résistance relativement faible, donnant lieu à une constante de temps élevée.

9. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que les tensions d'alimentation (V1-V4) et les commandes (CDE1-CDE4) destinées au circuit de conditionnement (la ld) sont fournies à travers des dispositifs d'isolation galvanique 2, 3) de manière à ce qu'il n'y ait pas de liaison conductrice possible entre les voies d'acquisition et la voie de sortie.

10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que le circuit de détection et de traitement (5) comprend un étage convertisseur analogique-numérique (18) recevant en entrée des tensions (U3) obtenues à partir desdits signaux induits OS).

11. Appareil selon l'une quelconque des revendications I à 9, caractérisé en ce que le circuit de détection et de traitement comprend un convertisseur courant-tension (16) recevant lesdits signaux induits OS) et délivrant en réponse une tension variable (U1), un circuit d'échantillonnage et maintien (17) réceptif à ladite tension variable, un convertisseur analogique-numérique (18) recevant à une entrée de données le signal échantillonné à travers un circuit de polarisation (19) et délivrant les données sous forme de mots binaires (Do-Dl 1), lesquelles données sont transmises vers une mémoire de stockage du circuit de commande (2) et identifiées par celui-ci à chaque voie d'acquisition (VA1-VA4).

12. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce que le circuit de commande (2) est réalisé autour d'une unité centrale (2a) programmé de manière à gérer le fonctionnement du circuit de conditionnement (la-ld) et du circuit de détection et de traitement (5) au moyen d'un bus et couplé à des interfaces d'entrée et de sortie de données.

13. Appareil selon la revendication 12, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un dispositif d'affichage géré par l'unité centrale (2a) de manière à indiquer l'évolution des grandeurs électriques sous contrôle pour chacune des voies d'acquisition.

14. Appareil selon la revendication 12 ou 13, caractérisé en ce que l'unité centrale (2a) est programmable pour émettre des signaux indicatifs de dépassement de valeurs seuils.