FR2790083A1

FR2790083A1 - Dispositif de mesure comprenant deux capteurs disposes au voisinage l'un de l'autre

Info

Publication number: FR2790083A1
Application number: FR0002181A
Authority: FR
Inventors: Hellmut Freudenberg; Christian Hoffmann; Martin Hecker; Benno Larisch
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1999-02-24
Filing date: 2000-02-22
Publication date: 2000-08-25
Anticipated expiration: 2020-02-22
Also published as: DE19907950A1; DE19907950C2; FR2790083B1

Abstract

Ce dispositif comprend deux capteurs (1, 2) qui sont disposés au voisinage l'un de l'autre et qui convertissent chacun une grandeur physique (p, T) respective en un signal électrique (PAM, PWM). Il comprend un dispositif émetteur (3) qui est relié aux deux capteurs et qui fournit, à sa sortie, un signal (s) qui provient, par modulation d'impulsions en largeur, du signal du premier capteur et, par modulation d'impulsions en amplitude, du signal du second capteur, une liaison par ligne (5), qui est connectée en aval du dispositif émetteur, et un dispositif récepteur (6) auquel le signal de sortie du dispositif émetteur est envoyé, qui, du côté entrée, est couplé à la liaison par ligne et qui, du côté sortie, produit, par modulation d'impulsions en largeur et modulation d'impulsions en amplitude, des signaux (Ep, ET ) qui correspondent aux grandeurs physiques présentes sur les deux capteurs.

Description

Z L'invention concerne un dispositif de mesure comprenant deux capteurs

qui sont disposés au voisinage l'un de l'autre et qui convertissent chacun une grandeur

physique respective en un signal électrique.

Des dispositifs de mesure comprenant deux capteurs disposés au voisinage l'un de l'autre sont nécessaires dans de nombreux domaines. C'est ainsi par exemple que, dans des systèmes à rampe commune de moteurs Diesel, il est souhaitable, outre la pression du carburant, de déterminer également la température du carburant. Les deux grandeurs devraient être déterminées le plus possible au même emplacement. En tout état de cause, dans le cas des conditions restreintes de place de montage, une connexion supplémentaire pour la seconde grandeur de mesure n'est pas souhaitable. Par ailleurs, une seconde prise mâle nuirait à la résistance aux vibrations de

l'ensemble du dispositif de mesure.

L'invention a pour but de fournir un dispositif de mesure, du type défini en introduction, dans lequel, malgré la détection d'une grandeur de mesure supplémentaire, aucune autre connexion, ni ligne ne sont nécessaires. A cet effet, l'invention a pour objet un dispositif de mesure, du type considéré, qui comprend un dispositif émetteur qui est relié aux deux capteurs et qui fournit, à sa sortie, un signal qui provient, par modulation d'impulsions en largeur, du signal d'un premier capteur et, par modulation d'impulsions en amplitude, du signal de l'autre capteur, une liaison par ligne, qui est connectée en aval du dispositif émetteur, et un dispositif récepteur, auquel le signal de sortie du dispositif émetteur est envoyé, qui, du côté entrée, est couplé à la liaison par ligne et qui, du côté sortie, produit, par modulation d'impulsions en largeur et modulation d'impulsions en amplitude, des signaux qui correspondent aux grandeurs physiques présentes sur les

deux capteurs.

L'invention permet donc d'introduire une autre grandeur de mesure sans exiger de moyens supplémentaires importants. Par ailleurs, la précision des mesures individuelles est accrue et le domaine de signaux utilisable est étendu, étant donné que les seuils de

diagnostic, qui doivent maintenir un certain écart vis-à-

vis des limites de la tension de fonctionnement, peuvent

être supprimés.

Le dispositif de mesure conforme à l'invention peut aussi présenter une ou plusieurs des particularités suivantes: - pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la durée d'une impulsion est réglée en fonction du signal du premier capteur et l'intervalle qui suit chaque fois jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante est maintenu constant, - pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la durée d'une impulsion est maintenue constante et l'intervalle qui suit chaque fois jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante est réglé en fonction du signal du premier capteur, - pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la somme de la durée d'une impulsion et de l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante est maintenue constante, le rapport de la durée de l'impulsion à l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante étant toutefois réglé en fonction du signal du premier capteur, - pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la somme de la durée d'une impulsion et de l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante est réglée en fonction du signal du premier capteur, le rapport de la durée de l'impulsion à l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante étant toutefois maintenu constant, - une mesure de l'une des deux grandeurs physiques n'a lieu qu'à la demande du dispositif récepteur et, à cet effet, celui-ci transmet un signal au dispositif émetteur, - pour la transmission de signaux, le dispositif récepteur met la liaison par ligne en court- circuit et cela est détecté par le dispositif émetteur, - les deux capteurs et le dispositif émetteur sont

situés dans un boîtier.

En vue de la modulation d'impulsions en largeur, il peut être prévu que la durée d'impulsion, l'écart séparant deux impulsions ou le rapport de la durée d'impulsion et de l'écart entre impulsions dans le cas d'une même fréquence de train d'impulsions, ou la fréquence de train d'impulsions dans le cas d'un même rapport durée/écart (rapport cyclique), peut être modifié en fonction de l'un des deux signaux de capteur. Par ailleurs, il peut être prévu que l'une des deux grandeurs physiques n'est détectée qu'à la demande du dispositif récepteur et, à cet effet, le dispositif récepteur envoie un signal au dispositif émetteur. C'est ainsi par exemple que le dispositif récepteur peut mettre la liaison par ligne en court-circuit, ce qui est détecté par le dispositif émetteur et assure par exemple la fourniture de signaux appropriés par ce dispositif émetteur. De préférence, les capteurs et le dispositif émetteur sont montés dans un boîtier unique, de sorte que le nombre de prises mâles extérieures n'est pas augmenté en

comparaison du cas d'un seul capteur.

Le dispositif de mesure conforme à l'invention se prête notamment bien au cas de capteurs qui, pour la détermination d'une grandeur physique donnée, doivent fournir en outre une autre grandeur physique, cette information étant par exemple exigée par des unités situées en aval. C'est ainsi par exemple que, dans le cas de mesures de pressions élevées, dans le cas de mesures de débit massique d'air et dans le cas de mesures de l'air d'admission de moteurs à combustion interne, la température, qu'il est de toute façon nécessaire de déterminer, peut être transmise aux unités situées en aval. L'invention est exposée ci- après en détail à l'aide des exemples de réalisation représentés aux figures des dessins. On voit: à la figure 1, un premier exemple général de réalisation d'un dispositif de mesure conforme à l'invention, à la figure 2, divers types de modulation d'impulsions en largeur dans un dispositif de mesure conforme à la figure 1, à la figure 3, une deuxième forme détaillée de réalisation d'un dispositif de mesure conforme à l'invention, à la figure 4, la variation dans le temps des signaux du dispositif de mesure de la figure 3, à la figure 5, une troisième forme détaillée de réalisation d'un dispositif de mesure conforme à l'invention, à la figure 6, la variation dans le temps des signaux du dispositif de mesure de la figure 5, à la figure 7, une quatrième forme détaillée de réalisation d'un dispositif de mesure conforme à l'invention et, à la figure 8, la variation dans le temps des

signaux du dispositif de mesure de la figure 7.

Dans l'exemple de réalisation de la figure 1, il est prévu, pour commander un dispositif émetteur 3, un capteur servant à détecter la pression de carburant p, ci-après appelé capteur de pression 1, et un capteur

servant à détecter la température de carburant T, ci-

après appelé capteur de température 2. Le capteur de pression 1, le capteur de température 2 et le dispositif émetteur 3 sont intégrés dans un boîtier 4 commun. A partir d'un signal PWM fourni par le capteur de pression 1 et d'un signal PAM fourni par le capteur de température 2, le dispositif émetteur 3 produit un signal d'émission S qui est envoyé à un dispositif récepteur 6 par l'intermédiaire d'une liaison par ligne 5. Le signal d'émission S du dispositif émetteur 3 provient, par modulation d'impulsions en largeur, du signal PWM produit par le capteur de pression 1 et, par modulation d'impulsions en amplitude, du signal PAM du capteur de température 2. A partir du signal d'émission S, le dispositif récepteur 6 produit respectivement, au moyen d'une démodulation d'impulsions en largeur appropriée, un signal de sortie EP correspondant à la pression p sur le capteur 1 et, par démodulation d'impulsions en amplitude, un signal de sortie ET correspondant à la température T

sur le capteur de température 2.

La figure 2 représente quatre types différents de modulation d'impulsions en largeur, chaque fois sous forme d'une variation de l'amplitude A en fonction du temps t. La figure 2A représente un train d'impulsions dans lequel la durée t,, t3, t4, t5, t6 de chaque impulsion respective, présentant une amplitude positive, dépend d'un signal de modulation, à savoir du signal de capteur PWM. La durée séparant les impulsions, c'est-à-dire la durée séparant un flanc descendant d'une impulsion et le flanc montant de l'impulsion suivante, est chaque fois constante et égale à t2. En revanche, à la figure 2B, la durée de chaque impulsion est constante et égale à t7, tandis que la durée séparant les impulsions, c'est-à-dire séparant le flanc descendant d'une impulsion et le flanc montant de l'impulsion suivante, dépend du signal de modulation PWM. A la figure 2C, la fréquence du train d'impulsions, c'est-à-dire la durée séparant le flanc montant d'une impulsion et le flanc montant de l'impulsion suivante, est maintenue constante, et est constamment égale à t13. La durée des impulsions est alors réglée en fonction du signal de modulation PWM. Lorsque la largeur des impulsions augmente, l'intervalle de temps séparant deux impulsions, c'est-à-dire la durée séparant le flanc descendant d'une impulsion et le flanc montant de l'impulsion suivante, diminue en conséquence. Enfin, à la figure 2D, la fréquence du train d'impulsions est modifiée en fonction du signal de modulation PWM, le rapport cyclique étant maintenu constant. Ceci signifie que, par exemple pour un rapport durée/intervalle de 50: , la durée d'une impulsion est égale à la durée jusqu'à l'impulsion suivante, donc que la durée séparant le flanc montant et le flanc descendant d'une impulsion est égale à la durée séparant le flanc descendant de l'impulsion et le flanc montant de l'impulsion suivante, en étant égales respectivement à t19, t20, t21, t22 et t23. Pour la transmission du signal PAM du capteur de température 2, les amplitudes A des impulsions individuelles peuvent alors être modulées d'une manière correspondante. Cela est notamment exposé en détail dans les exemples de

réalisation qui suivent.

La figure 3 représente une forme de réalisation d'un dispositif de mesure conforme à l'invention dans laquelle un signal PAM d'un capteur non représenté en détail est appliqué, à travers une diode 7, à un amplificateur tampon 8. Il est prévu, connectée en parallèle à la sortie de l'amplificateur tampon 8, une capacité 9 sur laquelle est monté en parallèle à son tour un interrupteur 10 commandable. La tension aux bornes de la

capacité 9 est appliquée à un convertisseur analogique-

numérique 11 (A/D) qui, à partir de la tension analogique aux bornes de la capacité 9, produit une valeur numérique et envoie celle-ci à un microprocesseur 12 (MP). A partir de la tension numérisée aux bornes de la capacité 9, et de sa variation dans le temps, le microprocesseur 12 obtient des valeurs numériques qui correspondent au signal PAM et au signal PWM d'un autre capteur non représenté en détail. Le signal PWM est transmis de façon à être envoyé à un modulateur d'impulsions en largeur 13 qui commande l'interrupteur 10 commandable. D'une manière facultative, le signal présent à la sortie du modulateur d'impulsions en largeur 13 peut également être envoyé directement au microprocesseur 12. Le modulateur d'impulsions en largeur 13 peut utiliser l'un des types de modulation représentés à la figure 2. Dans le présent exemple de réalisation, c'est par exemple un type de

modulation correspondant à la figure 2C qui est choisi.

La figure 4 expose, à l'aide de variations de signaux dans le temps fournies à titre d'exemple, le fonctionnement du dispositif de mesure de la figure 3. Le graphe de la figure 4A représente la variation dans le temps de la tension aux bornes de la capacité 9. La structure temporelle, c'est-à-dire la variation de l'amplitude en fonction du temps t, est surtout soumise à l'influence de la modulation d'impulsions en largeur, d'une manière telle que le flanc montant d'une impulsion

présente constamment le même intervalle de temps vis-à-

vis du flanc montant de l'impulsion précédente ou de l'impulsion suivante. En revanche, la durée de l'impulsion, donc l'écart entre les flancs montant et descendant d'une impulsion, dépend du signal PWM. Par conséquent, pour obtenir des écarts identiques entre les flancs montants, lorsque la durée d'impulsion augmente, l'intervalle de temps entre les impulsions, c'est-à-dire l'écart entre le flanc descendant d'une impulsion et le flanc montant de l'impulsion suivante, diminue en conséquence. En revanche, l'amplitude A des impulsions individuelles dépend du signal PAM. Dans les limites d'une impulsion, la valeur maximale se présentant dans cet intervalle de temps est déterminée au moyen de l'utilisation d'un détecteur de valeur de crête constitué de la diode 7, de l'amplificateur tampon 8 et de la capacité 9. Lors de l'apparition du flanc descendant de chaque impulsion considérée, l'interrupteur 10 commandable est commuté et, ainsi, la capacité 9 est mise en court-circuit et déchargée. Lors de l'apparition du flanc montant de l'impulsion suivante, l'interrupteur 10 est de nouveau ouvert pour la durée de l'impulsion et la valeur déterminée par le détecteur de valeur de crête est transmise au convertisseur analogique/numérique 11. Pour permettre une meilleure reconnaissance des flancs diimpulsions, le signal de commande prévu pour l'interrupteur 10 commandable peut par exemple être en outre transmis au microprocesseur 12. Cela est notamment avantageux lorsqu'il existe déjà une ligne de commande

menant au microprocesseur 12.

Si, une fois que le signal transmis a été traité par le microprocesseur 12, un convertisseur numérique/analogique 14 (D/A) est monté en aval du microprocesseur 12, il est possible d'obtenir dans ce convertisseur des signaux PAD et des signaux PWD qui correspondent essentiellement aux signaux respectivement PAM et PWM. Le graphe de la figure 4B représente la variation dans le temps du signal PAD ou PAM et le graphe de la figure 4C la variation dans le temps du signal PWD ou PWM. A la place d'une conversion inverse des signaux numériques en signaux analogiques, il est également possible, d'une manière analogue, d'effectuer la poursuite du traitement des signaux numériques par la

voie numérique.

Dans le cas de la forme de réalisation représentée à la figure 3, l'amplitude A des impulsions individuelles correspond, conformément à la figure 4, à la variation de valeur maximale respective dans les limites d'une impulsion et le rapport d'impulsion en largeur, donc le rapport des durées pendant lesquelles l'interrupteur de durée 10 commandable est fermé et ouvert, correspond à la variation dans le temps du signal PWM, tandis que, du fait des écarts constants entre les flancs montants

d'impulsions se suivant, la fréquence est constante.

La figure 5 représente la partie côté capteur d'un dispositif de mesure conforme à l'invention comprenant deux capteurs 15, 16 qui sont tous deux reliés à un micro-contrôleur 17 (gC) et qui envoient des signaux PAM et PWM à ce micro-contrôleur 17. Le micro-contrôleur 17 contient un convertisseur analogique-numérique 18 (A/D), servant à convertir le signal analogique PAM en un signal numérique correspondant, et un circuit d'horloge 19 servant à produire des impulsions à durée constante brève et à amplitude égale à zéro. La durée ta de ces brèves impulsions est constante, tandis que l'écart tb séparant deux impulsions dépend du signal PWM. Pour la durée ta de ces brèves impulsions, la valeur à la sortie du convertisseur analogique- numérique 18 est fixée à zéro au moyen du micro-contrôleur 17. Dans l'ensemble, on obtient une durée de période de tc = ta + tb. Cette durée de période tc varie donc d'une manière correspondant à la

variation de l'écart tb.

La figure 6B représente la variation dans le temps du signal PAM et la figure 6C la variation dans le temps du signal PWM, ces deux variations entraînant la variation dans le temps, représentée à la figure 6A, du

signal XS à la sortie du micro-contrôleur 17. Ce micro-

contrôleur 17 est intégré en commun avec les deux

capteurs 15 et 16 dans un boîtier 20.

Dans le cas de l'exemple de réalisation de la figure 7, il est prévu un organe de maintien se présentant sous forme d'un passe-bas constitué d'une résistance 21 et d'une capacité 22. L'organe de maintien est commandé par un amplificateur de mesure 23. Cet amplificateur de mesure 23 est commandable et peut traiter aussi bien un signal de température MT qu'un signal de pression Mp. La commande de l'amplificateur de mesure 23 s'effectue au moyen d'un dispositif de commande 24 qui, du côté entrée, est commandé par la chute de tension aux bornes de la capacité 22. Le dispositif émetteur 25 formé par l'amplificateur de mesure 23, le passe-bas (résistance 21 et capacité 22) et le dispositif de commande 24 est monté dans un boîtier. Par ailleurs, la tension aux bornes de la capacité 22 est envoyée, au moyen d'une ligne 26, à un dispositif récepteur 27 qui, entre autres, comprend un convertisseur analogiquenumérique 28 (A/D), un microprocesseur 29 (jiP) et un interrupteur 30 commandable. L'interrupteur 30 est connecté en parallèle à la capacité 22 du côté émetteur et est commandé par le microprocesseur 29. La tension aux bornes de la capacité 22 est appliquée au microprocesseur 29 à la fois directement et moyennant l'interposition du convertisseur analogique-numérique 28. Une particularité essentielle de cette forme de réalisation est que l'instant du signal d'impulsion est déterminé non pas du côté émetteur, mais

du côté récepteur.

Le fonctionnement du dispositif de mesure conforme à l'invention représenté à la figure 7 repose sur le fait que le signal de pression Mp est par exemple analysé d'une manière discontinue dans le temps, à des intervalles de durée déterminée (par exemple une milliseconde). Si alors une mesure de température est également nécessaire, la sortie de l'émetteur 25 est mise en court-circuit pendant

un temps déterminé (par exemple 20 microsecondes).

L'émetteur le constate au moyen du circuit de commande 24 et fixe automatiquement la sortie à zéro. Après un temps correspondant à la valeur de mesure de température, pendant lequel le signal à la sortie de l'émetteur 25 est égal à zéro, le signal de pression Mp est de nouveau délivré. A l'aide du flanc montant se présentant lors du passage de zéro à la valeur momentanée du signal de pression Mp, le microprocesseur 29 reconnaît le passage du

signal de température MT au signal de pression Mp.

La figure 8 représente la variation dans le temps de

la tension à la sortie de l'émetteur 25 de la figure 7.

Le signal de pression est d'abord transmis d'une manière analogique. A un instant déterminé, le récepteur 27

demande une mesure de température, par mise en court-

circuit de la sortie du dispositif émetteur 25 pendant une durée td. Cela est constaté par le dispositif émetteur et la sortie de ce dispositif émetteur 25 est mise automatiquement en court-circuit par ce même dispositif 25 pendant une durée te qui englobe la durée td. La durée te correspond, par sa longueur totale, à la température mesurée et caractérise en même temps la section de mesure correspondant au signal de température Mt. Une fois la durée te écoulée, le signal à la sortie du dispositif émetteur 25 retourne à la valeur chaque fois actuelle du

signal de pression Mp.

Claims

REVENDICATIONS

1. Dispositif de mesure comprenant deux capteurs (1, 2, 15, 16) qui sont disposés au voisinage l'un de l'autre et qui convertissent chacun une grandeur physique (p, T) respective en un signal électrique (PAM, PWM), caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif émetteur (3, 25) qui est relié aux deux capteurs (1, 2, 15, 16) et qui fournit, à sa sortie, un signal (S) qui provient, par modulation d'impulsions en largeur, du signal (PWM) d'un premier capteur (2, 16) et, par modulation d'impulsions en amplitude, du signal (PAM) de l'autre capteur (1, 15), une liaison par ligne (5, 26), qui est connectée en aval du dispositif émetteur (3, 25), et un dispositif récepteur (6, 27), auquel le signal de sortie du dispositif émetteur est envoyé, qui, du côté entrée, est couplé à la liaison par ligne (5, 26) et qui, du côté sortie, produit, par modulation d'impulsions en largeur et modulation d'impulsions en amplitude, des signaux (Ep, ET) qui correspondent aux grandeurs physiques (p, T)

présentes sur les deux capteurs (1, 2, 15, 16).

2. Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la durée d'une impulsion est réglée en fonction du signal (PWM) du premier capteur (2) et l'intervalle qui suit chaque fois jusqu'à l'apparition de

l'impulsion suivante est maintenu constant.

3. Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la durée d'une impulsion est maintenue constant et l'intervalle qui suit chaque fois jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante est réglé en

fonction du signal du premier capteur (2).

4. Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la somme de la durée d'une impulsion et de l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante est maintenue constante, le rapport de la durée de l'impulsion à l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante étant toutefois réglé en fonction du signal du premier capteur (2).

5. Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, pour la modulation en largeur d'un train d'impulsions, la somme de la durée d'une impulsion et de l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante est réglée en fonction du signal du premier capteur (2), le rapport de la durée de l'impulsion à l'intervalle qui suit jusqu'à l'apparition de l'impulsion suivante étant toutefois maintenu constant.

6. Dispositif de mesure suivant l'une quelconque des

revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'une mesure de

l'une des deux grandeurs physiques n'a lieu qu'à la demande du dispositif récepteur (27) et, à cet effet,

celui-ci transmet un signal au dispositif émetteur (25).

7. Dispositif de mesure suivant la revendication 6, caractérisé en ce que, pour la transmission de signaux, le dispositif récepteur (27) met la liaison par ligne (26) en court-circuit et cela est détecté par le

dispositif émetteur (25).

8. Dispositif de mesure suivant la revendication 1, caractérisé en ce que les deux capteurs (1, 2, 15, 16) et le dispositif émetteur (3, 25) sont situés dans un boîtier.