WO2012156016A1 - Mesure differentielle de tension - Google Patents

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WO2012156016A1
WO2012156016A1 PCT/EP2012/001651 EP2012001651W WO2012156016A1 WO 2012156016 A1 WO2012156016 A1 WO 2012156016A1 EP 2012001651 W EP2012001651 W EP 2012001651W WO 2012156016 A1 WO2012156016 A1 WO 2012156016A1
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voltage
bias
digital
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Alain Lucchese
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Continental Automotive France
Continental Automotive Gmbh
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    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
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    • G01R31/00—Arrangements for testing electric properties; Arrangements for locating electric faults; Arrangements for electrical testing characterised by what is being tested not provided for elsewhere
    • G01R31/005—Testing of electric installations on transport means
    • G01R31/006—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks
    • G01R31/007—Testing of electric installations on transport means on road vehicles, e.g. automobiles or trucks using microprocessors or computers

Definitions

  • the present invention relates to systems and methods for acquiring signals delivered by a sensor.
  • the invention relates to a measurement system adapted to measure a voltage differential, said system comprising:
  • a measurement unit having a first mass as a voltage reference comprising a microcontroller
  • a sensor having a second mass as a voltage reference, said second mass possibly having a potential difference with respect to the first mass, said sensor having a signal output,
  • said measurement unit having a first input directly connected to the signal output of the sensor, and a second input directly connected to said second mass.
  • the invention proposes a measurement system adapted to measure a voltage differential, said system comprising:
  • a measurement unit having a first mass as a voltage reference and comprising a microcontroller with an analog-digital converter
  • a sensor having a second mass as a voltage reference, said second mass possibly having a potential difference with respect to the first mass, said sensor having a voltage source with a signal output.
  • the measurement unit comprises a first input directly connected to the signal output of the sensor and a second input directly connected to said second mass.
  • the microcontroller comprises a first digital input connected to the first input through a first conditioning circuit (consisting of a first divider bridge and provided with a first bias resistor) and of analog-to-digital conversion, and a second input digital connected to the second input through a second conditioning circuit (consisting of a second divider bridge and provided with a second bias resistor) and analog-to-digital conversion.
  • the measuring system is provided with means capable of:
  • the measurement system is remarkable in that it comprises means for determining a digital image of the voltage source value obtained by the formula:
  • Ns Nax - - - Nay - - - + Noff
  • Rin is the series resistance of the first conditioning circuit
  • Rin_gnd is the series resistance of the second conditioning circuit
  • Rp is the bias resistance of the first conditioning circuit
  • Rp_gnd is the bias resistance of the second conditioning circuit
  • Noff is a constant offset value
  • Vref Ks gnd Ks Thanks to these arrangements, a differential amplifier is no longer necessary and the reliability of the measurement is improved in the case where the second mass has a negative potential relative to the first mass.
  • the first input may be biased by a first bias resistor connected to a first bias potential
  • the second input may be biased by a second bias resistor connected to a second bias potential.
  • the first and second bias voltages can each be derived from the reference voltage of the analog-to-digital converter of the measurement unit.
  • the accuracy of the measurement is improved by eliminating potential differences in potential between the bias circuits and the analog-to-digital converter.
  • the first and second bias voltages may be identical to the reference voltage of the analog-to-digital converter of the measurement unit; which further improves the measurement accuracy.
  • the first conditioning circuit may include a first foot resistor
  • the second conditioning circuit may include a second foot resistor; whereby the accuracy of the conditioners is improved.
  • the sensor may include a voltage source and a series resistor, the measurement unit being adapted to compute a digital image of the voltage source, so that the voltage source can be accurately measured.
  • the invention also relates to a measurement method implemented in the measurement system in question.
  • the invention relates to a method for measuring a voltage source implemented in a system comprising:
  • a measurement unit having a first mass as a voltage reference and comprising a microcontroller
  • a sensor having a second mass as a voltage reference, said second mass possibly having a potential difference with respect to the first mass, said sensor having a voltage source with a signal output.
  • Said measurement unit comprises a first input directly connected to the signal output of the sensor, and a second input directly connected to said second mass.
  • Said microcontroller comprises a first digital input connected to the first input through a first conditioning circuit (consisting of a first divider bridge and provided with a first bias resistor) and of analog-to-digital conversion, and a second input digital connected to the second input through a second conditioning circuit (consisting of a second divider bridge and provided with a second bias resistor) and analog-to-digital conversion.
  • a first conditioning circuit consisting of a first divider bridge and provided with a first bias resistor
  • second input digital consististing of a second divider bridge and provided with a second bias resistor
  • the method comprises the following steps:
  • the method is remarkable in that a digital image of the voltage source value is obtained by the formula:
  • Ns Nax - - Nay - - - + Noff
  • Rin is the series resistance of the first conditioning circuit
  • Rin_gnd is the series resistance of the second conditioning circuit
  • Rp is the bias resistor of the first conditioning circuit
  • Rp_gnd is the bias resistor of the second conditioning circuit
  • Noff is a constant offset value
  • the first and second bias voltages are identical to the reference voltage of the analog-digital converter of the measurement unit.
  • NoJf 2 N ⁇ ⁇ - ⁇ ⁇ £ ⁇ + Rs
  • an initial calibration operation can be carried out, comprising a measurement on at least one standard sensor, making it possible to deduce an absolute correction coefficient B and a proportional correction coefficient A, and to calculate a corrected digital image Ns_corr of digital image Ns of the voltage source according to the formula:
  • Ns_corr A x Ns + B.
  • FIG. 1 presents a measurement system according to one embodiment of the invention
  • FIG. 2 is a diagram illustrating the method implemented in the system of FIG. 1.
  • FIG. 1 shows a measurement system comprising a measurement unit 1 having a first mass 10 as a voltage reference, also designated by 'Gnd' in FIG.
  • the measurement unit 1 is adapted to measure the voltage delivered by a sensor 2 having a second mass 20 as a voltage reference, said second mass 20 may have a potential difference denoted 'Vgnd' with respect to the first mass 10.
  • Said sensor 2 has a signal output 21 and comprises a voltage source Vs and a series resistor Rs.
  • the measurement unit 1 and the sensor 2 are for example installed on board a motor vehicle, the metal body of said vehicle being used as the conductor of mass reference.
  • the potential difference 'Vgnd' may result from currents flowing in the conductive wires connecting to the metal body of said vehicle, where these currents, in particular variable in time, generate voltage drops generating mass voltage differentials seen by the electrical equipment.
  • the measurement unit 1 comprises a microcontroller 7 with a logic unit 6 and an analog-digital converter 5, integrated in the microcontroller 7 in the illustrated example, but the analog-digital converter 5 could however be external to the microcontroller 7.
  • analog to digital converter 5 has a positive voltage reference Vref and a number of sampling bits N.
  • the measurement unit 1 comprises a first input 1 1 directly connected to the signal output 21 of the sensor 2, and a second input 12 directly connected to said second ground 20.
  • the first input 1 1 is connected to a first digital input 61 of the microcontroller 7 through a first conditioning circuit 31, 41 then through a first channel 51 of the analog-digital converter 5,
  • the second input 12 is connected to a second digital input 62 of the microcontroller 7 through a second conditioning circuit 32, 42 and then through a second channel 52 of the analog-digital converter 5.
  • the first conditioning circuit 31 is biased by a first bias voltage Vp through a first bias resistor Rp.
  • the first conditioning circuit 31 comprises an input resistor Rin, arranged in series on the first input circuit. . These resistors form with the resistor Rs present in the sensor a divider bridge whose coefficients can be established as follows:
  • the first conditioning circuit 31 may optionally include a foot resistor Rpd, connected to the first ground.
  • the second conditioning circuit 32 is biased by a second bias voltage Vp_gnd through a second bias resistor Rp_gnd.
  • the second conditioning circuit 32 comprises an input resistor Rin_gnd, arranged in series on the second input circuit.
  • Ks_gnd Rp_gnd / (Rin_gnd + Rp_gnd)
  • Kp_gnd Rin_gnd / (Rin_gnd + Rp_gnd)
  • the second conditioning circuit 32 may optionally comprise a foot resistor Rpd_gnd, connected to the first ground 10.
  • first conditioning circuit 31 can be completed by a low pass RC filter 41, known per se.
  • second conditioning circuit 32 can be completed by a similar low-pass RC filter 42.
  • the voltage V1 read on the first input 1 1 passes through the first conditioning circuit 31 and incidentally the filter circuit 41. At the output of these circuits, a resulting voltage Vax is connected to the input of the first channel 51 of the analog-digital converter 5.
  • the voltage Vgnd read on the second input 12 passes through the second conditioning circuit 32 and incidentally the filter circuit 42. At the output of these circuits, a voltage Vay resulting is connected to the input of the second channel 52 of the analog-digital converter 5.
  • Vax Vgnd + Vs + Kp [Vp-Vs-Vgnd]
  • Vay Vgnd + Kp_gnd [Vp_gnd-Vgnd]
  • Vax Ks Vgnd + Ks Vs + Kp Vp
  • Vay Ks_gnd Vgnd + Kp_gnd Vp_gnd
  • Vs [Vax-Ks Vgnd-Kp Vp] / Ks
  • Vgnd [Vay - Kp_gnd Vp_gnd] / Ks_gnd
  • Voff p_gnd * Vp_gnd
  • Noff (2N) Voff / Vref
  • the digital image of the voltage source of the sensor 2 is obtained as a function of the digitized values Nax, Nay of Vax, Vay respectively:
  • Ns Nax - Nq Rin - gnd + Rp - gnd) + Noff
  • Noff is a constant value stored in the memory of the unit of measurement 1.
  • the first and second bias voltages (Vp, Vp_gnd) may each be derived from the reference voltage (Vref) of the analog-to-digital converter 5 of the measurement unit 1 and thus free of drifts or offsets between the reference voltage Vref and the first and second bias voltages (Vp, Vp_gnd).
  • the first and second bias voltages may be identical to the reference voltage Vref of the analog-digital converter 5 of the measurement unit 1. Then the expression of Noff is simplified and the differences between the reference voltage Vref and the first and second polarization voltages (Vp, Vp_gnd) are even better offset:
  • the measurement method implemented in the measurement system described above comprises the following steps:
  • the potential difference between the first mass 10 and the second mass 20 can be eliminated from the measurement, even in the case where Vgnd is negative.
  • Ns_corr A * Ns + B. It is then possible to obtain a corrected Ns_corr image of the coefficients of calibration that characterizes the unit of measurement.
  • correction coefficients A and B are identified, for each unit of measure, preferably at the end of its manufacturing operation, according to a process conventional calibration using one or more standard sensors, then the coefficients obtained A and B stored in the non-volatile memory of the measurement unit 1.

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Abstract

Système et méthode de mesure adapté pour mesurer un différentiel de tension, le système comprenant une unité de mesure (1) ayant une première masse (10) comme référence de tension et comprenant un microcontrôleur (7) avec un convertisseur analogique-numérique (5), un capteur (2) ayant une deuxième masse (20) comme référence de tension, ladite deuxième masse (20) pouvant présenter une différence de potentiel par rapport à la première masse (10), ladite unité de mesure (1) ayant une première entrée (11) directement connectée à la sortie de signal (21) du capteur (2), et une deuxième entrée (12) directement connecté à ladite deuxième masse (20), les première et deuxième entrées (11, 12) étant reliées à des entrées numériques (61, 62) du microcontrôleur (7) au travers de circuits de conditionnement (31, 32, 41, 42) et de conversion analogique-numérique (51, 52).

Description

Mesure différentielle de tension
La présente invention est relative aux systèmes et procédés d'acquisition de signaux délivrés par un capteur.
Plus précisément, l'invention concerne un système de mesure adapté pour mesurer un différentiel de tension, ledit système comprenant :
· une unité de mesure ayant une première masse comme référence de tension, comprenant un microcontrôleur,
• un capteur ayant une deuxième masse comme référence de tension, ladite deuxième masse pouvant présenter une différence de potentiel par rapport à la première masse, ledit capteur ayant une sortie de signal,
ladite unité de mesure ayant une première entrée directement connectée à la sortie de signal du capteur, et une deuxième entrée directement connectée à ladite deuxième masse.
Il est connu de placer un amplificateur différentiel pour mesurer la différence de tension existante entre la première entrée et la deuxième entrée, dont la sortie est numérisée et raccordée à une entrée numérique du microcontrôleur. Cependant, ce dispositif ne permet pas de mesurer de façon satisfaisante le signal délivré par le capteur dans le cas où la deuxième masse présente un potentiel négatif par rapport à la première masse. De plus, un amplificateur différentiel est généralement coûteux.
La présente invention a notamment pour but de remédier à ces inconvénients. A cet effet, l'invention propose un système de mesure adapté pour mesurer un différentiel de tension, ledit système comprenant :
• une unité de mesure ayant une première masse comme référence de tension et comprenant un microcontrôleur avec un convertisseur analogique-numérique,
• un capteur ayant une deuxième masse comme référence de tension, ladite deuxième masse pouvant présenter une différence de potentiel par rapport à la première masse, ledit capteur ayant une source de tension avec une sortie de signal.
L'unité de mesure comprend une première entrée directement connectée à la sortie de signal du capteur et une deuxième entrée directement connectée à ladite deuxième masse.
Le microcontrôleur comprend une première entrée numérique reliée à la première entrée au travers d'un premier circuit de conditionnement (constitué d'un premier pont diviseur et muni d'une première résistance de polarisation) et de conversion analogique-numérique, et une deuxième entrée numérique reliée à la deuxième entrée au travers d'un deuxième circuit de conditionnement (constitué d'un second pont diviseur et muni d'une seconde résistance de polarisation) et de conversion analogique-numérique. Le système de mesure est pourvu de moyens aptes à :
a) fournir une polarisation de la première entrée au moyen d'une première résistance de polarisation raccordée à un premier potentiel de polarisation,
b) fournir une polarisation de la deuxième entrée au moyen d'une première résistance de polarisation raccordée à un premier potentiel de polarisation,
c) acquérir simultanément les tensions présentes sur les première et deuxième entrées de l'unité de mesure,
d) conditionner la tension lue sur la première entrée en une première tension conditionnée, numériser cette tension conditionnée en une première valeur numérique fournie sur la première entrée numérique du microcontrôleur,
e) conditionner la tension lue sur la deuxième entrée en une deuxième tension conditionnée, numériser cette tension conditionnée en une deuxième valeur numérique fournie sur la deuxième entrée numérique du microcontrôleur,
f) en déduire la valeur de la source de tension,
g) éliminer de la mesure la différence de potentiel entre la première et deuxième masses.
Le système de mesure est remarquable en ce qu'il comporte des moyens pour déterminer une image numérique de la valeur la source de tension obtenue par la formule :
j r (Rs + in + Rp) A r (Rin gnd + Rp gnd) A- „
Ns = Nax - — - Nay — —— - + Noff
Rp Rp gnd
dans laquelle :
Rs est la résistance série du capteur,
Rin est la résistance série du premier circuit de conditionnement,
Rin_gnd est la résistance série du deuxième circuit de conditionnement,
Rp est la résistance de polarisation du premier circuit de conditionnement,
Rp_gnd est la résistance de polarisation du deuxième circuit de conditionnement,
Noff est une valeur d'offset constante,
et dans lequel
2N " Vp_gnd * Kp_gnd Kp * Vp "
Noff
Vref Ks gnd Ks Grâce à ces dispositions, un amplificateur différentiel n'est plus nécessaire et la fiabilité de la mesure est améliorée dans le cas où la deuxième masse présente un potentiel négatif par rapport à la première masse.
Dans divers modes de réalisation de l'invention, on peut éventuellement avoir recours en outre à l'une et/ou à l'autre des dispositions décrites ci-après.
La première entrée peut être polarisée par une première résistance de polarisation raccordée à un premier potentiel de polarisation, et la deuxième entrée peut être polarisée par une deuxième résistance de polarisation raccordée à un deuxième potentiel de polarisation. Ainsi, la polarisation permet de décaler vers les tensions positives une éventuelle tension négative sur la deuxième entrée.
Les première et deuxième tensions de polarisation peuvent être chacune dérivée de la tension de référence du convertisseur analogique-numérique de l'unité de mesure. Ainsi, on améliore la précision de la mesure en supprimant des différences éventuelles de potentiels entre les circuits de polarisation et le convertisseur analogique- numérique.
Les première et deuxième tensions de polarisation peuvent être identiques à la tension de référence du convertisseur analogique-numérique de l'unité de mesure ; ce qui permet d'améliorer encore la précision de mesure.
Le premier circuit de conditionnement peut comprendre une première résistance de pied, et le deuxième circuit de conditionnement peut comprendre une deuxième résistance de pied ; moyennant quoi la précision des conditionneurs est améliorée.
Le capteur peut comprendre une source de tension et une résistance série, l'unité de mesure étant adaptée pour calculer une image numérique de la source de tension, de sorte que la source de tension peut être mesurée précisément.
L'invention vise également une méthode de mesure mise en œuvre dans le système de mesure en question.
Pour ce faire, l'invention se rapporte à un procédé de mesure d'une source de tension mis en œuvre dans un système comprenant :
· une unité de mesure ayant une première masse comme référence de tension et comprenant un microcontrôleur,
• un capteur ayant une deuxième masse comme référence de tension, ladite deuxième masse pouvant présenter une différence de potentiel par rapport à la première masse, ledit capteur ayant une source de tension avec une sortie de signal. Ladite unité de mesure comprend une première entrée directement connectée à la sortie de signal du capteur, et une deuxième entrée directement connectée à ladite deuxième masse.
Ledit microcontrôleur comprend une première entrée numérique reliée à la première entrée au travers d'un premier circuit de conditionnement (constitué d'un premier pont diviseur et muni d'une première résistance de polarisation) et de conversion analogique-numérique, et une deuxième entrée numérique reliée à la deuxième entrée au travers d'un deuxième circuit de conditionnement (constitué d'un second pont diviseur et muni d'une seconde résistance de polarisation) et de conversion analogique-numérique.
Le procédé comprend les étapes suivantes :
a) fournir une polarisation de la première entrée au moyen d'une première résistance de polarisation raccordée à un premier potentiel de polarisation,
b) fournir une polarisation de la deuxième entrée au moyen d'une première résistance de polarisation raccordée à un premier potentiel de polarisation,
c) acquérir simultanément les tensions présentes sur les première et deuxième entrées de l'unité de mesure,
d) conditionner la tension lue sur la première entrée en une première tension conditionnée, numériser cette tension conditionnée en une première valeur numérique fournie sur la première entrée numérique du microcontrôleur,
e) conditionner la tension lue sur la deuxième entrée en une deuxième tension conditionnée, numériser cette tension conditionnée en une deuxième valeur numérique fournie sur la deuxième entrée numérique du microcontrôleur,
f) en déduire la valeur de la source de tension,
g) éliminer de la mesure la différence de potentiel entre la première et deuxième masses.
Le procédé est remarquable en ce qu'une image numérique de la valeur la source de tension est obtenue par la formule :
Λ Γ (Rs + Rin + Rp) ■ (Rin gnd + Rp gnd) . , „
Ns = Nax — - Nay — —— - + Noff
Rp Rp gnd
dans laquelle :
Rs est la résistance série du capteur,
Rin est la résistance série du premier circuit de conditionnement,
Rin_gnd est la résistance série du deuxième circuit de conditionnement, Rp est la résistance de polarisation du premier circuit de conditionnement, Rp_gnd est la résistance de polarisation du deuxième circuit conditionnement,
Noff est une valeur d'offset constante,
et dans lequel
Noff =
Figure imgf000007_0001
Avantageusement, les première et deuxième tensions de polarisation sont identiques à la tension de référence du convertisseur analogique-numérique de l'unité de mesure
Vp = Vp_gnd = Vref
et dans lequel
NoJf = 2N ^η-§η£ΐ + Rs
Rp_gnd Rp
Alors Noff est plus simple et ne dépend plus des tensions de polarisations.
On peut en outre procéder à une opération d'étalonnage initial, comprenant une mesure sur au moins un capteur étalon, permettant de déduire un coefficient de correction absolu B et un coefficient de correction proportionnel A, et de calculer une image numérique corrigée Ns_corr de l'image numérique Ns de la source de tension selon la formule :
Ns_corr = A x Ns + B.
Ainsi la précision de la mesure est améliorée en fonction des caractéristiques propres de chaque unité de mesure.
D'autres aspects, buts et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description suivante d'un mode de réalisation de l'invention, donné à titre d'exemple non limitatif, en regard des dessins joints sur lesquels :
- la figure 1 présente un système de mesure selon un mode de réalisation de l'invention,
- la figure 2 est un diagramme illustrant le procédé mise en œuvre dans le système de la figure 1.
Sur les différentes figures, les mêmes références désignent des éléments identiques ou similaires.
La figure 1 montre un système de mesure comprenant une unité de mesure 1 ayant une première masse 10 comme référence de tension, aussi désignée par 'Gnd' sur la figure 1.
L'unité de mesure 1 est adaptée pour mesurer la tension délivrée par un capteur 2 ayant une deuxième masse 20 comme référence de tension, ladite deuxième masse 20 pouvant présenter une différence de potentiel notée 'Vgnd' par rapport à la première masse 10. Ledit capteur 2 a une sortie de signal 21 et comprend une source de tension Vs et une résistance série Rs.
L'unité de mesure 1 et le capteur 2 sont par exemple installés à bord d'un véhicule automobile, la caisse métallique dudit véhicule étant utilisée comme conducteur de référentiel de masse. La différence de potentiel 'Vgnd' peut résulter de courants circulant dans les fils conducteurs de liaison à la caisse métallique dudit véhicule, où ces courants, notamment variables dans le temps, engendrent des chutes de tensions générant des différentiels de tension de masse vue par les équipements électriques.
L'unité de mesure 1 comprend un microcontrôleur 7 avec une unité logique 6 et un convertisseur analogique-numérique 5, intégré dans le microcontrôleur 7 sur l'exemple illustré, mais le convertisseur analogique-numérique 5 pourrait toutefois être extérieur au microcontrôleur 7. Le convertisseur analogique-numérique 5 a une référence de tension positive Vref et un nombre de bits d'échantillonnage N.
Par ailleurs l'unité de mesure 1 comprend une première entrée 1 1 directement connectée à la sortie de signal 21 du capteur 2, et une deuxième entrée 12 directement connectée à ladite deuxième masse 20.
Selon l'invention, la première entrée 1 1 est reliée à une première entrée numérique 61 du microcontrôleur 7 au travers d'un premier circuit de conditionnement 31 , 41 puis au travers d'un premier canal 51 du convertisseur analogique-numérique 5,
La deuxième entrée 12, quant à elle, est reliée à une deuxième entrée numérique 62 du microcontrôleur 7 au travers d'un deuxième circuit de conditionnement 32, 42 puis au travers d'un deuxième canal 52 du convertisseur analogique-numérique 5.
Le premier circuit de conditionnement 31 est polarisé par une première tension de polarisation Vp au travers d'une première résistance de polarisation Rp. Le premier circuit de conditionnement 31 comprend une résistance d'entrée Rin, agencée en série sur le premier circuit d'entrée. Ces résistances forment avec la résistance Rs présente dans le capteur un pont diviseur dont on peut établir les coefficients de la façon suivante :
Ks = Rp / (Rs+Rin+Rp)
Kp = (Rs+Rin) / (Rs+Rin+Rp)
Ks + Kp = 1
Le premier circuit de conditionnement 31 peut comprendre optionnellement une résistance de pied Rpd, reliée à la première masse. Le second circuit de conditionnement 32 est polarisé par une seconde tension de polarisation Vp_gnd au travers d'une seconde résistance de polarisation Rp_gnd. Le second circuit de conditionnement 32 comprend une résistance d'entrée Rin_gnd, agencée en série sur le second circuit d'entrée. Ces résistances forment un pont diviseur dont on peut établir les coefficients de la façon suivante :
Ks_gnd = Rp_gnd / (Rin_gnd +Rp_gnd)
Kp_gnd = Rin_gnd / (Rin_gnd +Rp_gnd)
Ks_gnd + Kp_gnd = 1
Le second circuit de conditionnement 32 peut comprendre optionnellement une résistance de pied Rpd_gnd, reliée à la première masse 10.
En outre, le premier circuit de conditionnement 31 peut être complété par un filtre RC passe bas 41 , connu en soi. De manière similaire, le second circuit de conditionnement 32 peut être complété par un filtre RC passe bas 42 similaire.
La tension V1 lue sur la première entrée 1 1 traverse le premier circuit de conditionnement 31 et accessoirement le circuit de filtrage 41. En sortie des ces circuits, une tension Vax résultante est reliée à l'entrée du premier canal 51 du convertisseur analogique-numérique 5. De même, la tension Vgnd lue sur la seconde entrée 12 traverse le second circuit de conditionnement 32 et accessoirement le circuit de filtrage 42. En sortie des ces circuits, une tension Vay résultante est reliée à l'entrée du second canal 52 du convertisseur analogique-numérique 5.
En négligeant le courant d'entrée dans le convertisseur analogique- numérique, on peut écrire les équations suivantes :
Vax = Vgnd + Vs + Kp [Vp - Vs - Vgnd]
Vay = Vgnd + Kp_gnd [Vp_gnd - Vgnd]
Qui s'écrit également :
Vax = Ks Vgnd + Ks Vs + Kp Vp
Vay = Ks_gnd Vgnd + Kp_gnd Vp_gnd
En isolant le terme Vgnd en vue de l'éliminer et faisant ressortir Vs on obtient : Vs = [ Vax - Ks Vgnd - Kp Vp ] / Ks
Vgnd = [ Vay - Kp_gnd Vp_gnd ] / Ks_gnd
Soit :
Vax Vay " Kp_gnd * Vp_gnd Kp * Vp
Ks Ks _ gnd Ks_gnd Ks
Le dernier terme est une tension d'offset 'Voff qui peut s'écrire
Voff = p_gnd * Vp_gnd | Kp * Vp
Ks gnd Ks
Alors Vax
Vs = + Voff
Ks Ks _ gnd
qui est une expression de la source de tension du capteur 2 en fonction dans tensions Vax, Vay entrant dans le microcontrôleur 7.
En passant dans le domaine numérique, et en posant :
Noff = (2N) Voff / Vref,
Nax = (2N) Vax / Vref, et
Nay = (2N) Vay / Vref,
On obtient l'image numérique de la source de tension du capteur 2, en fonction des valeurs numérisés Nax, Nay respectivement de Vax, Vay :
Nax Nay
Ns = + Noff
Ks Ks gnd
que l'on peut écrire aussi :
(Rs + Rin + Rp)
Ns = Nax - Nq Rin-gnd + Rp-gnd) +Noff
Rp Rp gnd
Avec
2N Vp_gnd * Kp_gnd Kp * Vp
Noff =
Vref s gnd Ks
Noff est une valeur constante mémorisée dans la mémoire de l'unité de mesure 1.
Il est à noter que dans le cas de l'utilisation d'un microcontrôleur sans opérateur de virgule flottante, il est possible de faire appel à des multiplicateurs additionnels pour éviter toute division par un nombre non entier.
Selon un autre aspect de l'invention, les première et deuxième tensions de polarisation (Vp,Vp_gnd) peuvent être chacune dérivée de la tension de référence (Vref) du convertisseur analogique-numérique 5 de l'unité de mesure 1 et on s'affranchit ainsi des dérives ou décalages entre la tension de référence Vref et les première et deuxième tensions de polarisation (Vp,Vp_gnd).
Selon encore un autre aspect de l'invention, les première et deuxième tensions de polarisation (Vp,Vp_gnd) peuvent être identiques à la tension de référence Vref du convertisseur analogique-numérique 5 de l'unité de mesure 1. Alors l'expression de Noff se simplifie et on s'affranchit encore mieux des décalages entre la tension de référence Vref et les première et deuxième tensions de polarisation (Vp,Vp_gnd) :
Figure imgf000010_0001
Ou aussi écrit
Figure imgf000011_0001
qui ne dépend plus alors des tensions de polarisation.
Le procédé de mesure mis en œuvre dans le système de mesure décrit ci- dessus (cf. figure 2) comprend les étapes suivantes :
· fournir une polarisation de la première entrée 11 , au moyen de la première résistance de polarisation Rp et de la première tension de polarisation Vp,
• fournir une polarisation de la deuxième entrée 12, au moyen de la deuxième résistance de polarisation Rp_gnd et de la deuxième tension de polarisation Vp_gnd,
· acquérir simultanément les tensions présentes sur les première et deuxième entrées 11 , 12 de l'unité de mesure, cet aspect simultané étant important car le différentiel de masse Vgnd peut évoluer rapidement dans le temps,
• conditionner la tension lue sur la première entrée V1 en une première tension conditionnée Vax, numériser cette tension conditionnée en une première valeur numérique Nax fournie sur la première entrée numérique 61 du microcontrôleur 7,
• conditionner la tension lue sur la deuxième entrée Vgnd en une deuxième tension conditionnée Vay, numériser cette tension conditionnée en une deuxième valeur numérique Nay fournie sur la deuxième entrée numérique 62 du microcontrôleur 7,
• en déduire la valeur de la source de tension Vs, en particulier de son image numérique Ns, par exemple conformément aux expressions de Ns et Noff données plus haut.
Grâce à quoi la différence de potentiel entre la première masse 10 et la deuxième masse 20 peut être éliminée de la mesure, et ceci même dans le cas ou Vgnd est négatif.
Selon encore un autre aspect de l'invention, on peut procéder en outre, pour une unité de mesure donnée, à une opération d'étalonnage initial, comprenant une mesure sur un ou plusieurs capteurs étalon, permettant de déduire un coefficient de correction absolu B et un coefficient de correction proportionnel A, permettant de corriger l'image numérique Ns de la source de tension (Vs) selon la formule Ns_corr = A * Ns + B. Il est alors possible d'obtenir ainsi une image Ns_corr corrigée des coefficients d'étalonnage qui caractérise l'unité de mesure considérée.
Ces coefficients de correction A et B sont identifiés, pour chaque unité de mesure, de préférence à la fin de son opération de fabrication, selon un processus classique d'étalonnage au moyen de un ou plusieurs capteurs étalon, puis les coefficients obtenus A et B mis en mémoire dans la mémoire non volatile de l'unité de mesure 1.

Claims

REVENDICATIONS
1. Système de mesure adapté pour mesurer un différentiel de tension, ledit système comprenant :
• une unité de mesure (1 ) ayant une première masse (10) comme référence de tension et comprenant un microcontrôleur (7) avec un convertisseur analogique- numérique (5),
• un capteur (2) ayant une deuxième masse (20) comme référence de tension, ladite deuxième masse (20) pouvant présenter une différence de potentiel par rapport à la première masse (10), ledit capteur (2) ayant une source de tension (Vs) avec une sortie de signal (21),
ladite unité de mesure (1 ) comprenant une première entrée (1 1 ) directement connectée à la sortie de signal (21 ) du capteur (2), et une deuxième entrée (12) directement connectée à ladite deuxième masse (20), ledit microcontrôleur (7) comprenant une première entrée numérique (61 ) reliée à la première entrée (1 1) au travers d'un premier circuit de conditionnement (31 , 41 ), constitué d'un premier pont diviseur et muni d'une première résistance de polarisation, et de conversion analogique-numérique (51 ), et une deuxième entrée numérique (62) reliée à la deuxième entrée au travers d'un deuxième circuit de conditionnement (32, 42), constitué d'un second pont diviseur et muni d'une seconde résistance de polarisation, et de conversion analogique-numérique (52),
ledit système étant pourvu de moyens aptes à :
a- fournir une polarisation de la première entrée (1 1 ) au moyen d'une première résistance de polarisation (Rp) raccordée à un premier potentiel de polarisation (Vp),
b- fournir une polarisation de la deuxième entrée (12) au moyen d'une première résistance de polarisation (Rp_gnd) raccordée à un premier potentiel de polarisation (Vp_gnd),
c- acquérir simultanément les tensions présentes sur les première et deuxième entrées de l'unité de mesure (1 ),
d- conditionner la tension (V1 ) lue sur la première entrée (1 1 ) en une première tension conditionnée (Vax), numériser cette tension conditionnée en une première valeur numérique (Nax) fournie sur la première entrée numérique (61 ) du microcontrôleur (7),
e- conditionner la tension (Vgnd) lue sur la deuxième entrée (12) en une deuxième tension conditionnée (Vay), numériser cette tension conditionnée en une deuxième valeur numérique (Nay) fournie sur la deuxième entrée numérique (62) du microcontrôleur (7),
f- en déduire la valeur de la source de tension (Vs),
g- éliminer de la mesure la différence de potentiel (Vgnd) entre la première et deuxième masses (10,20),
ledit système étant caractérisé en ce qu'il comporte des moyens pour déterminer une image numérique (Ns) de la valeur la source de tension (Vs) obtenue par la formule :
(Rs + Rin + Rp) (Rin gnd + Rp gnd)
Ns = Nax - Nay + Noff
Rp Rp gnd dans laquelle :
Rs est la résistance série du capteur (2),
Rin est la résistance série du premier circuit de conditionnement (31 ),
Rin_gnd est la résistance série du deuxième circuit de conditionnement (32),
Rp est la résistance de polarisation du premier circuit de conditionnement (31 ),
Rp_gnd est la résistance de polarisation du deuxième circuit de conditionnement (32), Noff est une valeur d'offset constante,
et dans lequel
2N Vp_gnd * Kp_gnd p * Vp
Noff
Vref Ks gnd Ks
2. Système de mesure selon la revendication 1 , dans lequel les première et deuxième tensions de polarisation (Vp, Vp_gnd) sont chacune dérivée d'une tension de référence (Vref) du convertisseur analogique-numérique (5) de l'unité de mesure (1 ).
3. Système de mesure selon la revendication 2, dans lequel les première et deuxième tensions de polarisation (Vp, Vp_gnd) sont identiques à la tension de référence (Vref) du convertisseur analogique-numérique (5) de l'unité de mesure (1 ).
4. Système de mesure selon la revendication 3, dans lequel le premier circuit de conditionnement (31) comprend une première résistance de pied (Rpd), et dans lequel le deuxième circuit de conditionnement (32) comprend une deuxième résistance de pied (Rpd_gnd).
5. Procédé de mesure d'une source de tension mis en œuvre dans un système comprenant : • une unité de mesure (1 ) ayant une première masse (10) comme référence de tension et comprenant un microcontrôleur (7),
• un capteur (2) ayant une deuxième masse (20) comme référence de tension, ladite deuxième masse (20) pouvant présenter une différence de potentiel par rapport à la première masse (10), ledit capteur (2) ayant une source de tension (Vs) avec une sortie de signal (21),
ladite unité de mesure (1) comprenant une première entrée (1 1 ) directement connectée à la sortie de signal (21) du capteur (2), et une deuxième entrée (12) directement connectée à ladite deuxième masse (20), ledit microcontrôleur (7) comprenant une première entrée numérique (61 ) reliée à la première entrée (11 ) au travers d'un premier circuit de conditionnement (31 , 41), constitué d'un premier pont diviseur et muni d'une première résistance de polarisation, et de conversion analogique-numérique (51 ), et une deuxième entrée numérique (62) reliée à la deuxième entrée au travers d'un deuxième circuit de conditionnement (32, 42), constitué d'un second pont diviseur et muni d'une seconde résistance de polarisation, et de conversion analogique-numérique (52),
ledit procédé comprenant les étapes :
a- fournir une polarisation de la première entrée (1 1) au moyen d'une première résistance de polarisation (Rp) raccordée à un premier potentiel de polarisation (Vp),
b- fournir une polarisation de la deuxième entrée (12) au moyen d'une première résistance de polarisation (Rp_gnd) raccordée à un premier potentiel de polarisation (Vp_gnd),
c- acquérir simultanément les tensions présentes sur les première et deuxième entrées de l'unité de mesure (1 ),
d- conditionner la tension (V1) lue sur la première entrée (1 1 ) en une première tension conditionnée (Vax), numériser cette tension conditionnée en une première valeur numérique (Nax) fournie sur la première entrée numérique (61 ) du microcontrôleur (7),
e- conditionner la tension (Vgnd) lue sur la deuxième entrée (12) en une deuxième tension conditionnée (Vay), numériser cette tension conditionnée en une deuxième valeur numérique (Nay) fournie sur la deuxième entrée numérique (62) du microcontrôleur (7),
f- en déduire la valeur de la source de tension (Vs), g- éliminer de la mesure la différence de potentiel (Vgnd) entre la première et deuxième masses (10,20),
caractérisé en ce qu'une image numérique (Ns) de la valeur la source de tension (Vs) est obtenue par la formule :
.. (Rs + Rin + Rp) . . (Rin gnd + Rp gnd) Ar
Ns = Nax — - Nay — — '- + Noff
Rp Rp gnd dans laquelle :
Rs est la résistance série du capteur (2),
Rin est la résistance série du premier circuit de conditionnement (31 ),
Rin_gnd est la résistance série du deuxième circuit de conditionnement (32),
Rp est la résistance de polarisation du premier circuit de conditionnement (31 ),
Rp_gnd est la résistance de polarisation du deuxième circuit de conditionnement (32), Noff est une valeur d'offset constante,
et dans lequel
2N Vp_gnd * Kp gnd Kp * Vp
Noff
Vref Ks gnd Ks
6. Procédé de mesure selon la revendication 5, dans lequel les première et deuxième tensions de polarisation (Vp,Vp_gnd) sont identiques à la tension de référence (Vref) du convertisseur analogique-numérique (5) de l'unité de mesure (1)
Vp = Vp_gnd = Vref
et dans lequel
Rin gnd Rin + Rs
Noff = 2
Rp gnd Rp
7. Procédé de mesure selon l'une des revendications 5 à 6, dans lequel on procède en outre, pour une unité de mesure donnée, à une opération d'étalonnage initial, comprenant une mesure sur au moins un capteur étalon, permettant de déduire un coefficient de correction absolu B et un coefficient de correction proportionnel A, et de calculer une image numérique corrigée Ns_corr de l'image numérique Ns de la source de tension (Vs) selon la formule :
Ns corr = A x Ns + B.
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