FR2906630A1 - Dispositif d'interrogation d'un capteur passif de type a ondes acoustiques de surface. - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif d'interrogation à distance des fréquences de résonance d'un capteur passif, ledit dispositif comprenant des moyens pour émettre un signal d'interrogation à une pluralité de fréquences en direction dudit capteur passif, des moyens pour recevoir un signal comportant les fréquences de résonance du capteur passif, des moyens pour analyser lesdites fréquences, dans lequel le signal d'émission est un signal continu et comprenant en outre un démodulateur et un filtre dit passe-bas, permettant de sélectionner une bande de fréquences centrées sur la fréquence de résonance du capteur passif.
Description
1 Dispositif d'interrogation d'un capteur passif de type à ondes
acoustiques de surface Le domaine de l'invention est celui des dispositifs d'interrogation de capteur passif et notamment de capteur à ondes acoustiques de surface. Ces capteurs sont connus pour être utilisés par exemple comme capteur de température ou de pression et comprennent généralement au moins un résonateur comportant une micro-structure déposée à la surface d'un substrat piézoélectrique. La figure 1 illustre un exemple de capteur comportant deux transducteurs T1 et T2 à peignes d'électrodes interdigitées placés entre des réseaux réflecteurs R11, R12, R21,R22. Les réseaux réflecteurs se comportent comme des miroirs et il existe donc des fréquences de résonance pour lesquelles le trajet retour dans la cavité est égal à un nombre entier de longueurs d'onde. Les modes de résonance pour ces fréquences sont excités par le transducteur placé entre les miroirs. Ce type de capteur peut être interrogé à distance, en connectant l'entrée du transducteur à une antenne radiofréquence RF. Lorsque l'antenne reçoit un signal électromagnétique, celui-ci donne naissance à des ondes sur la surface du substrat qui sont elles-mêmes reconverties en énergie électromagnétique sur l'antenne. Ainsi, le dispositif constitué d'un ensemble de résonateurs connecté à une antenne a une réponse aux fréquences de résonance des résonateurs qu'il est possible de mesurer à distance. On peut ainsi réaliser des capteurs interrogeables à distance. Cette possibilité est un avantage important des ondes acoustiques de surface et peut être utilisée notamment dans le cadre des capteurs de pression pneumatiques. Il est en effet intéressant dans ce type d'application de pouvoir placer le capteur dans le pneumatique alors que l'électronique d'interrogation est embarqué à bord du véhicule. Selon l'art connu, des systèmes d'interrogation à distance utilisent des signaux d'interrogation sous forme de pulse (typiquement de période environ 10 ps) qui transite via une antenne émettrice en direction d'une antenne réceptrice connectée au capteur à ondes de surface dénommé ci- après dans la description, capteur SAW. Selon une première approche, il a déjà été proposé, de découper le signal émis en l'interrompant lors d'une phase d'écoute de la réponse du capteur.
2906630 2 Selon une approche plus récente, il a été proposé d'annuler le signal émis par interférences destructrices au niveau de l'amplificateur de réception et ainsi ne conserver que le signal transmis par le capteur. En éliminant le découpage il est possible de considérablement réduire les raies indésirables 5 associées au découpage. Cependant la difficulté majeure associée à cette alternative, réside dans la capacité à annuler efficacement et de façon fiable le signal direct. C'est pourquoi, il a été proposé, pour pallier le problème de l'annulation du signal direct, d'utiliser un déphaseur de 180 et une 10 sommation par coupleur. La mise en pratique d'un tel circuit présente cependant des limitations, puisque l'efficacité de l'annulation, évaluée à environ 30 dB conduit à une amplification insuffisante au niveau de l'étage de réception pour atteindlre une portée raisonnable. Une solution alternative de l'art connu consiste à remplacer le 15 coupleur par un mélangeur : dans ce cas l'annulation du signal direct est obtenue par mélange avec un signal en quadrature donc imposant un déphasage de 90 . Dans ce cas, un résultat plus performant est atteint mais seule une information de phase en provenance du capteur est également obtenue.
20 Dans ce contexte, la présente invention propose une solution comprenant l'utilisation d'un signal d'interrogation continu combinée à l'utilisation d'un démodulateur de fréquence permettant non seulement la détermination de la phase du signal reçu mais également son amplitude. Ceci permet d'une part de réduire le risque de fausses alarmes en 25 dupliquant les signaux caractéristiques de la présence d'un résonateur (par exemple un signal issu d'un émetteur autre que le dispositif d'interrogation de l'invention se traduira par un signal d'amplitude mais également par une phase incohérente), et d'autre part de tirer une information de distance du dispositif puisque le signal de phase peut être rendu indépendant de la 30 distance (par le contrôle de gain automatique inclus dans le démodulateur tandis que le signal d'amplitude décroît avec la distance. Plus précisément, l'invention a pour objet un dispositif d'interrogation à distance de la fréquence de résonance d'un capteur passif, ledit dispositif comprenant des moyens pour émettre un signal d'interrogation à une pluralité de fréquences en direction dudit capteur passif, des moyens pour 2906630 3 recevoir un signal comportant les fréquences de résonance du capteur passif, des moyens pour analyser lesdites fréquences, caractérisé en ce que le signal d'émission est un signal continu et que ledit dispositif comprend en outre un démodulateur et un filtre dit passe-bas, permettant de sélectionner 5 au moins une bande de fréquences centrées sur au moins une fréquence de résonance du capteur passif. Le démodulateur couplé au filtre, permet de prélever au niveau du signal reçu, uniquement la bande de fréquence autour de la fréquence d'interrogation et ainsi de s'affranchir de l'ensemble d'éléments parasites 10 ambiants non liés à la réponse intrinsèque du capteur passif. Selon une variante de l'invention, le filtre passe-bas présente une fréquence de coupure inférieure à 10 Khertz. Selon une variante de l'invention, le dispositif comprend un premier coupleur permettant de séparer le signal d'interrogation en un signal à 15 envoyer en direction du capteur passif et en un signal de référence. Selon une variante de l'invention, le dispositif comprend en outre un déphaseur permettant de faire varier le déphasage du signal de référence. Selon une variante de l'invention, le dispositif d'interrogation à distance comprend des moyens pour appliquer des séries de quatre 20 déphasages différents de manière à compenser des variations de distance entre les moyens pour émettre un signal et le capteur passif. Selon une variante de l'invention, les moyens pour émettre un signal d 'interrogation comprennent un générateur radiofréquence. Selon une variante de l'invention, le dispositif d'interrogation 25 comprend un oscillateur commandable en tension pour générer des signaux dont les fréquences varient en fonction des tensions de commande qui lui sont appliqué. Selon une variante de l'invention, le dispositif comprend une antenne d'émission du signal d'interrogation et un second coupleur pour envoyer une 30 partie du signal d'interrogation en direction de ladite antenne d'émission. L'invention sera mieux comprise et d'autres avantages apparaîtront à la lecture de la description qui va suivre donnée à titre non limitatif et grâce aux figures annexées parmi lesquelles : 2906630 4 la figure 1 illustre un capteur passif de type SAW destiné à être interrogé par le dispositif d'interrogation de l'invention ; la figure 2 illustre un exemple de dispositif d'interrogation à distance d'un capteur passif selon l'invention ; 5 - les figures 3a, 3b, 3c montrent des courbes de réponse obtenues avec différentes valeurs de déphasage appliquées au signal de référence ; - la figure 4 illustre de manière plus détaillée un exemple de générateur de signal d'interrogation utilisé dans un exemple 10 de dispositif d'interrogation à distance d'un capteur passif selon l'invention. De manière générale, le dispositif d'interrogation à distance de l'invention est particulièrement bien adapté à la détection d'informations 15 issues de capteur à ondes acoustiques de surface dont les fréquences de résonance sont typiquement situées dans la bande de fréquence dite ISM (lndustrial Scientific Medical) et correspondant à des fréquences comprises entre environ 868 MHz et 2,45 GHz. Pour interroger ce type de capteur, un générateur radiofréquence RF est utilisé.
20 La figure 2 illustre un schéma du dispositif de l'invention, comprenant un générateur RF référence 1, de fréquence variable dans la bande ISM utilisée, un premier coupleur 2 permettant de séparer une partie du signal d'interrogation en un premier signal 10 et un signal de référence 11 Le signal 10 est dirigé vers un second coupleur 3, permettant d'envoyer une partie de 25 ce signal d'interrogation via une antenne d'émission 7 en direction d'un capteur passif de type SAW (comprenant au moins un résonateur) 9, couplé à une antenne 8. La réponse du capteur passif se traduit par l'émission d 'un signal de réponse 12, via les antennes 8 et 7 qui est envoyé en direction d'un démodulateur 5.
30 Le signal de référence est quant à lui envoyé dans un déphaseur 4 pour générer un signal de référence pouvant être déphasé 13. Le démodulateur 5 reçoit à la fois le signal de référence déphasé ou non 13 et le signal 12 en provenance du capteur SAW. Il permet en sortie d'obtenir des informations sur la différence de phase entre le signal de 2906630 5 référence et le signal reçu ainsi que des informations de variations d'amplitude. Le démodulateur est couplé en sortie à un filtre passe-bas 6 et fournit un signal basse fréquence caractéristique de la perturbation de 5 l'impédance de la voie couplée du coupleur par le résonateur, Un bon rapport signal sur bruit des données acquises en sortie du démodulateur afin d'identifier efficacement les pics nécessite un filtrage en passe-bande du signal issu du démodulateur. C'est pourquoi, le démodulateur est également couplé au filtre passe-bas 6 permettant de filtrer 10 sur une plage de fréquence très faible les fréquences du signal reçu. Typiquement la largeur de bande utilisée peut-être d'environ 10 kHertz. Avantageusement ce filtre passe-bas peut être mis en série avec un second filtre passe-bas 6 pour améliorer les performances. Typiquement, deux filtres passe-bande en série fournissent un gain en sortie de 2 x 20 dB et un filtrage 15 entre 50 Hz et 100kHz. Le déphaseur dans le bras de référence a pour fonction de compenser le déphasage associé au temps de propagation de l'antenne de l'interrogateur au résonateur et ainsi de toujours obtenir en sortie du démodulateur un signal de forme donnée (par exemple avec des pics 20 positifs). En effet, la demanderesse a observé que pour chaque fréquence d'interrogation, faire varier le déphaseur entre quatre valeurs (0, 90, 180 et 270 degrés) garantit qu'une courbe au moins présente la forme requise pour un traitement automatique de recherche de maxima d'énergie retournée par le résonateur interrogé. Cette caractéristique est notamment très 25 intéressante dans des applications automobiles pour lesquelles, le capteur passif sert de capteur de pression et est disposé au niveau d'une roue sans cesse en mouvement ; en effet dans ce type d'applications, la distance du capteur passif au système d'interrogation et d'analyse centralisé varie et rend le problème des variations de temps de propagation particulièrement aigu.
30 Pour illustrer ce phénomène, les courbes des figures 3a, 3b, 3c montrent l'évolution des réponses enregistrées en fonction de déphasages appliqués au niveau du signal de référence. Les courbes supérieures continues sont relatives au signal d'interrogation, les courbes inférieures sont relatives aux réponses du capteur SAW, et donnent en fonction de la 35 fréquence l'intensité du signal émis et reçu et ce pour 3 valeurs de 2906630 6 déphasage différentes. Ces déphasages sont relatifs, on peut définir néanmoins une évolution entre les 3 courbes de 90 degrés : soit 0, 90 et 180 degrés. La figure 4 illustre de manière plus détaillée un exemple de 5 générateur RF utilisé dans un dispositif d'interrogation selon l'invention. La fréquence d'interrogation peut être fournie par un synthétiseur de fréquence 20, qui asservit un oscillateur de référence 21. L'ensemble est couplé à un groupe de multiplication de fréquences comportant un dispositif 22 appelé PPL (Phase Locked Loop) qui est un circuit classique de multiplication de 10 fréquence : à partir d'une sortie haute fréquence HF issue du synthétiseur de fréquences (qui ne peut fonctionner que jusqu'à 60 MHz), on multiplie par 8 cette fréquence pour atteindre la bande ISM à 433 MHz, et un oscillateur 23 commandable en tension (VCO) pour délivrer des fréquences continues dans la gamme de fréquence de la bande ISM considérée. Le principe de la 15 PLL est de comparer le signal généré avec un oscillateur de référence à plus basse fréquence que le signal issu de la PLL : ici on compare la phase entre le signal de sortie dont la fréquence est divisée par 8 au signal de référence. Le résultat est de générer un signal à 8 fois la fréquence de référence par le VCO, 23 asservi sur la sortie de la comparaison.
20 La présence de raies additionnelles dans le spectre émis est uniquement associée aux balayages en fréquence de cette source d'interrogation : un balayage suffisamment lent ou continu garantit le respect de la norme ISM même près des limites de la bande aurtorisée. Ainsi, le problème de la présence de raies parasites est uniquement associé à 25 l'algorithme d'interrogation du résonateur (identification de sa fréquence de résonance) et donc à la fréquence de rafraîchissement de l'information. Dans cet exemple, le filtre passe-bas 6 est avantageusement monté en série avec un second filtre passe-bas, pour délivrer un signal envoyé vers un processeur de contrôle et d'acquisitions de données 60 capable 30 d'analyser les informations de phase et d'amplitude du signal émis par le capteur SAW. Le déphaseur 4 est quant à lui, commandé en tension par des moyens 40. Il est à noter que de manière générale, le dispositif d'interrogation à distance de l'invention permet d'assurer une plus grande pureté spectrale en 35 l'absence de découpage de l'émission puisqu'il comprend une émission 2906630 7 continue. Le travail sur un signal démodulé et donc l'analyse d'une bande de fréquence réduite autour de la fréquence d'interrogation, résulte en une meilleure immunité aux émissions parasites dans la même gamme de fréquence et un meilleur rapport signal sur bruit. 5
Claims (8)
1. Dispositif d'interrogation à distance des fréquences de résonance d'un capteur passif (9), ledit dispositif comprenant des moyens (1, 3) pour émettre un signal d'interrogation à une pluralité de fréquences en direction dudit capteur passif, des moyens (8) pour recevoir un signal comportant les fréquences de résonance du capteur passif, des moyens (60) pour analyser lesdites fréquences, caractérisé en ce que le signal d'émission est un signal continu et que ledit dispositif comprend en outre un démodulateur (5) et un filtre dit passe-bas (6), permettant de sélectionner une bande de fréquences centrées sur la fréquence de résonance du capteur passif.
2. Dispositif d'interrogation à distance selon la revendication 1, caractérisé en ce que le filtre passe-bas présente une fréquence de coupure inférieure à 10 khertz.
3. Dispositif d'interrogation à distance selon l'une des revendications 1 à 2, caractérisé en ce qu'il comprend un premier coupleur (2) permettant de séparer le signal d'interrogation en un signal à envoyer en direction du capteur passif et un signal de référence. 20
4. Dispositif d'interrogation à distance selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un déphaseur (4,40) permettant de faire varier le déphasage du signal d'interrogation. 25
5. Dispositif d'interrogation à distance selon la revendication 4, caractérisé en ce qu'iil comprend des moyens pour appliquer des séries de quatre déphasages différents de manière à compenser des variations de distance entre les moyens pour émettre un signal et le capteur passif. 30
6. Dispositif d 'interrogation à distance selon l'une des revendications précédentes, caractérisé en ce que les moyens pour émettre un signal d'interrogation comprennent un générateur radiofréquence. 2906630 9
7. Dispositif d `interrogation à distance selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur commandable en tension pour générer des signaux dont les fréquences varient en fonction des tensions de commande qui lui sont appliqué. 5
8. Dispositif d'interrogation à distance selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu comprend une antenne d'émission du signal d'interrogation et un second coupleur pour envoyer une ~o partie du signal d'interrogation en direction de ladite antenne d'émission.
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