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DISPOSITIF INDICATEUR DE MARCHE POUR MOBILES NOTAMMENT POUR MOBILES AERIENS
La présente invention a pour objet un dispositif qui permet à un observateur, entraîné par un système mobile, de déterminer, sans utiliser aucun repère extérieur vi- sible la vitesse du mobile par rapport au sol et sa di- reotion de marche - Grâce à ce dispositif, un aviateur par exemple, peut faire le point la nuit ou en temps de brume, malgré la dérive.
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Ce dispositif est basé sur l'utilisation du phénomène suivant :
Lorsqu'un fil conducteur, dont les extrémités sont dans un même plan horizontal, est placé sur un mobile et par conséquent entraîné dans le mouvement de ce dernier, il est conformément aux lois de 1'électrodynamique, le siège d'une force électromotrice dont la valeur est pro- portionnelle à la longueur du fil, à la composante ver- ticale du champ magnétique terrestre et à la composante de la vitesse perpendiculaire au fil conducteur. Il suffit alors de mesurer cette force électromotrice en orientant le fil conducteur suivant des azimuths exactement -repérés pour avoir, en grandeur et en direction, la vitesse du mobile par rapport au sol.
Ce procédé, qui parait extrêmement simple présente cependant, pour sa réalisation pratique une difficulté quasi insurmontable, résidant dans le fait qu'en branchant un instrument de mesure aux extrémités du conducteur, on réalise un circuit fermé dans lequel prennent naissance deux forces électromotrices égales et de sens contraire qui., par suite, s'annulent. La présente invention fournit un moyen de mesurer cette force électromotrice.
De plus cette force électromotrice étant très faible il sera.nécessaire de l'amplifier pour utiliser des appareils de mesure simples du type courant. Le dispositif objet de la présente invention réalise de lui-même cette amplification, ou permet, de façon très commode, cette amplification.
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L'invention consiste à relier le conducteur fauchant la composante verticale du champ magnétique terrestre d'une part à la cathode, et d'autre part à l'anode ou à l'élec- trode de commande d'un relais électrique à vide, orienta- ble, susceptible de tourner autour d'un axe vertical, et actionnant, directement ou par l'intermédiaire d'un amplificateur, un appareil de mesures électrique - Dans ces conditions, la force électromotrice engendrée dans le conducteur orée entre les deux électrodes un champ électrique non uniforme qui agit sur les éleotrons émis par le filament, lesquels sont en outre simultanément soumis à une force due à leur déplacement dans le oamp magnétique terrestre, déplacement qui est la conséquence du déplacement du relais électrique placé sur le mobile.
Sous l'effet de ces actions simultanées, tout se passe comme si, au voisinage du filament cathodique existait un champ résultant qui modifie l'émission électronique du filament, d'où il résulte une variation de la résistance électrique de l'espace compris entre le filament cathodi- que et l'électrode coopérante du relais électrique, et par suite une variation du courant fourni par une source d'énergie insérée dans un circuit contrôlé par le relais.
C'est cette variation de oourant qui produit dans l'appa- reil de mesurel'indication cherohée.
Pour éliminer les erreurs pouvant provenir des va- riations éventuelles de l'état des sources électriques, et pour obtenir des variations alternatives plus facile- ment amplifiables, l'invention prévoit de faire tourner
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le relais autour d'un axe vertical passant par le filament.
La réalisation de ce dispositif nécessite l'emploi de collecteurs ou organes analogues. Une autre forme de réalisation, ne nécessitant que des bagues, consiste à utiliser deux relais identiques animés de vitesses an- gulaires égales et de seps contraires.
L'invention sera d'ailleurs mieux comprise par la description détaillée ci-après et le dessin annexé qui se rapportent, à titre d'exemple, à divers modes de réalisation du dispositif en question.
La fig. 1 montre le principe du dispositif confor- me à l'invention.
La fig. 2 montre la réalisation du dispositif à l'aide de tubes à deux électrodes.
La fig. 3 montre la réalisation à l'aide d'un tu- beà deux anodes et un seul filament cathodique.
La fig. 4 montre la réalisation de l'invention avec un tube à vide à électrode de commande.
La fig. 5 représente un dispositif conforme à l'in- vention, réalisé avec un relais animé d'un mouvement de rotation autour d'un axe vertical.
Les figs. 6 et 7 représentent des systèmes de collec- tsar.
La fig. 8 montre une réalisation de l'invention à l'aide de deux relais animés de vitesses angulaires égales et opposées.
Les fige. 9 et 10 sont des schémas (le réalisation dans lesquels le conducteur fauchant la composante
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verticale du champ terrestre, comporte une coupure.
Les figs. 11 et 12 montrent des moyens pour ltégali- sation des potentiels de la coupure prévue ci-dessus.
Suivant le mode de réalisation représenté en fig. 1, le dispositif suivant l'invention, disposé sur le mobile, un avion par exemple, comprend un fil conducteur 1 qui fauche la composante verticale du champ magnétique terres- tre et qui est relié d'une part au filament cathodique incandescent 2 et d'autre part à l'anode 3 d'un tube à vi- de 4. L'anode 3 est plane et disposée latéralement au filament à une distance de l'ordre de plusieurs centimètres. une source électrique 5 fournit la tension nécessaire à l'anode 3.
La force électromotrice produite dans le con- ducteur 1, crée entre le filament cathodique et l'anode 3 un champ électrique non uniforme dont l'aotion sur les électrons émis par le filament cathodique s'oppose à l'action exercée sur ces mêmes électrons du fait de leur déplacement dans le champ magnétique terrestre. 11 en résulte que la répartition des potentiels entre le filament et l'anode est modifiée, et que, par suite, le oourant dans le conducteur 1 subit une modification correspon- dante. Si l'on intercale une résistance 6 dans le conduc- teur 1, il se produit entre les extrémités/Le cette résis- tance, une différence de potentiel que l'on applique à un amplificateur à courant continu 7, lequel est, d'autre part, connecté à un appareil de mesure 8.
Le dispositif ainsi constitué est monté sur un b,ti
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mobile non représenté sur le dessin, susceptible de tourner autour d'un axe vertical. Cela permet d'effec- tuer des mesures suivant deux azimuths différents et d'éliminer, par retournement du dispositif, les effets parasites - Le tube à vide 4 seul pourrait 'être mobile, le bti restant fixe.
Le dispositif peut aussi 'être réalisé, conformément à la figure 2 à l'aide de deux tubes à vide 4 et 4a placés alto à côte et montés en sens inverse. Les effets pro- duits dans les résistances 6 et 6a sont de signes contrai- res, mais s'ajoutent dans l'amplificateur 7. Cette réa- lisation a en outre l'avantage d'éliminer les effetspa- rasites dûs aux variations fortuites des sources de ten- sion d'anode, par l'emploi d'une seule source de tension d'anode 5 et d'une seule source 9 pour le chauffage des filaments.
Un autre mode de réalisation consiste à confondre les deux tubes à vide 4 et 4a en un tube double repré- senté en fig. 3 et ne possédant qu'ul seul filament 2.
Suivant la fig. 4 le dispositif est réalisé à l'aide d'un tube à vide qui comporte au moins, en outre du fila- ment cathodique 2 et de l'anode 3. une électrode de comman- de ou grille 10,plane et disposée latéralement au filament à une distance de plusieurs centimètres. Cet-ce grille 10 est portée à un potentiel moyen négatif à l'aide d'une source 11, pile ou accumulateur; par exemple. L'anode est portée à un potentiel positif convenable à l'aide d'une source 12. Eventuellement, le tube à vide peut comporter en outre une grille 13 servant à faciliter, l'émission
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d'électrons, et portée à cet effet, à un potentiel positif approprié par la batterie 14.
Le conducteur 1 fauchant la composante verticale du champ magnétique terrestre est connecté d'une part au filament 2 et d'autre part à la grille de commande 10. le circuit de l'anode est connecté, par les bornes 15 et 16, soit directement soit par l'intermédiaire d'un amplificateur à l'appareil de mesure ; ces appareils n'ont pas été représentés ici, mais ils peuvent 'être disposés par exemple de la façon illustrée dans les figures préoé- centes. Dans ces conditions, la différence de potentiel aux bornes du conducteur 1, entraîne une modification de la résistance de l'espace compris entre le filament et la grille de contrôle, d'ou variation du courant d'anode qui produit alors une indication de l'appareil de mesures.
Les dispositifs décrits ci-dessus ont l'inconvénient de nécessiter un amplificateur à courant continu peu pratique, et de plus ils sont très sensibles aux varia- tions des sources. Les dispositifs suivants évitent ces inconvénients.
Suivant la réalisation représentée en fig.5 le relais 4 est animé d'un mouvement de rotation continu autour de l'axe vertical Z1 Z2 passant par le filament 2.
Ds bagues et des balais assurent les connexions éleotri- ques. Les variations de o3urant sont ainsi alternatives et par suite plus facilement amplifiables.
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Si l'on désigne par H la composante verticale du champ ma- gnétique terrestre, par V la vitesse du mobile, un avion par exemple, par R la distance entre le filament 2 et la grille de contrôle 10 ou la distance entre le filament et l'anode, dans le cas des réalisations précédentes, par # la vitesse ' angulaire du relais 4, et par ? une constante qui dépend du choix de l'origine des temps, la force électromotrice in- duite, qui est due à la résultante du mouvement de transla- tion de l'avion et du mouvement de rotation du relais4, tend à produire entre le filament 2 et la grille de contrôle
10 une différence de potentiel qui a pour valeur :
EMI8.1
E H Y R sin (wb + f) + H eu R2 Il y a donc dans le courant filament-plaque une composante al- ternative et une composante continue, qui a été évaluée ici en supposant que l'axe de rotation passe par le filament - La composante alternative, est, d'ailleurs, seule utilisée - Il suffit de mesurer son amplitude pour avoir en grandeur la vites- se V de l'avion - Pour déterminer V en direction, on peut,par exemple, relier la grille de contrôle 10 au filament 2 non plus par un contact glissant, tel que celui représenté en fig. 5 et qui assure une liaison électrique continue, mais par un collec- teur tel que représenté en fig. 6 - Ce collecteur 17 comporte deux touches conductrices 18 et 19 diamétralement opposées.
Un balais21 frottant sur la périphérie du collecteur 17, entre en contact avec 18 et 19 à chaque demi-tour -Le balais 21 peut tour- ner autour de l'axe 20 de manière à permettre, à volonté, le réglage de l'angle de calage - Si au moment du contact, la di- rection filament - grille de oontrôle est parallèle à
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la vitesse de l'avion, le courant qui s'établit dans le circuit filement-plaque est le même que si l'avion était au repos, Dans toute autre position, le courant est al- ternativement plus grand et plus petit d'une quantité proportionnelle au sinus de l'angle de calage, compté à partir de la position précédente.
La fig. 7 représente un collecteur analogue dans lequel les fils de sortie du dispositif aboutissent à deux plots 18 et 19. Deux balais 21 et 22 reçoivent le contact à chaque demi-tour.
Une autre forme de réalisation du dispositif suivant l'invention représentée en fig. 8 permet d'éviter l'em- ploi d'un collecteur et de n'utiliser que des bagues - le dispositif comprend deux relais 4 et 4a, Identiques, et animée de vitesses angulaires égales et de sens con- traires. L'ensemble est monté sur un bâti orientable pour permettre des mesures dans divers azimuths Les for- ces électromotrices induites dans chacun des deux con- ducteurs fauchant la cpmposante verticale du champ ter- restre ont pour valeur :
EMI9.1
Ei= E v a sin ( wt + j + x w R2
2
E2=H V R sin (#t +#)- H # R2
2
On envoie dans l'amplificateur 7 la somme de ces deux forces électromotrioes, soit :
EMI9.2
E Ç + û2 a 2 H 'P R sin cP ,t,cS cu Pour déterminer la direction de la viteàse, on
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cherche l'orientation pour laquelle E est nulle, ce qui corres- pond à #=0, ou maximum, ce qui correspond à #=@/@ L'ampli- tude du courant alternatif est alors 2 H V H, d'ou V.
On peut aussi mesurer les composantes de V suivant deux orientations exactement repérées.
La rotation continue des deux relais peut être obtenue par tous moyens ou dispositifs connus, telsqu'engrenages, trans- missions par courroies, chaînes silencieuses, etc...
Un mode particulier de réalisation suivant le schéma de la fig. 9 consiste à pratiquer une coupure dans le conducteur qui fauche la composante verticale du champ magnétique terrestre et à connecter les extrémités de cette coupure d'une part au filament cathodique et d'autre part à l'électrode de contrôle ou grille d'un tube à vide. Sur la fig. 9, deux coupures sont mises en évidence AB et CD. Si 1 et 1' sont les distances entre les bornes de ces coupures, on obtient entre A et B une diffé- rence de potentiel E= H 1 v et entre 0 et Dune différence de potentiel E =H l' v, v étant la vitesse du mobile. Si on éga- lise les potentiels entre 0 et D sans changer leur distance, E devient H v (1+1'), Entre .Il et B, on intercale un tube à vide 4 en connectant A au filament 2 et B à la grille 9.
La distance AB=1 est relativement faible, mais la distance CD=1' peut ' être choisie beaucoup plus grande que 1 et l'on obtient ainsi un accroissment de l'effet à déceler.
Ce mode particulier de réalisation présente en outre le grand avantage de pouvoir 'être exécuté avec un triode amplificateur de type courant, notamment un triode à élec-
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trodes concentriques. Dans cet cas on peut adapter larran.. gement représenté en fig. 10 - La distance AB est ici né- gligeable devant la distance 1' et la différence de poten tiel à déceler se réduit alors à H 1' v.
Dans ce cas,comme dans le précédent, des moyens sont prévus pour que la différence de potentiel entre les poiris
C et D soit reportée en A et B. A titre d'exemples non li mitatifs, l'invention prévoit les mécanismes des fig. 11 et 12, au moyen desquels les potentiels des points 0 et D sont égalisés sans changer leur distance. Dans l'arrangent re- présenté en figll, des corps conducteurs 23 sont fixés sur un plateau isolant 24 animé d'un mouvement de rotation- Ces conducteurs 23 viennent alternativement frotter sur clos balais 25 et 26 qui constituent respectivement les points 0 et D des fig. 9 et 10.
Chaque conducteur 23, à son passa- ge sous l'un des balais prend une charge électrostatique d'un certain signe qu'il transporte à l'autre balai possé- dant une charge de signe contraire, de sorte qu'il arrive un moment où les charges électrostatiques aux deux balais et 26 se neutralisent.
Un autre mécanisme pour l'égalisation des potentiels des points c et D est représenté en fig. 12. Deux paires de conducteurs 29, 30 et 29a, 30a sont montés respective- ment sur des plateaux isolants superposés, concentriques 27 et 28, qui tournent en sens inverse. Au cours de leur rotation ces paires de conducteurs viennent alternativement et respectivement en contact avec deux balais 25,25a
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reliés électriquement et deux balais 26,26a également re- liés électriquement - Les balais 25 et 26 constituent res- pectivement les points C et D des fig.9 et 10 dont il s'a- git d'égaliser les potentiels.
Les conducteurs 29 et 29a sont calés de telle sorte, sur leurs plateaux respectifs, que pendant tout le temps où le conducteur 29 est en con- taot avec le balai 25, le conducteur 29a se trouve en re- gard de lui mais gans âtre enuore en contact avec le ba- lai 25a De mme pour les conducteurs 30 et 30a et leurs balais respectifs 26 et 26a. Dans ces conditions lorsque les conducteurs 29 et 29a tournent dans les sens indiqués par les flèches, et que le conducteur 29 est en contact avec le balai 25, le conducteur 29a se trouve en regard du conducteur 29, et de ce fait acquiert par influence une charge supplémentaire de celle prise par contact avec le balai 25.
Le même processus a lieu pour les conducteurs 30 et 30a Comme précédemment les charges électrostatiques aux balais 25,25a et 26, 26a, c'est-à-dire aux points C et D finissent par se neutraliser, d'où égalisation des potentiels.
On peut encore égaliser les potentiels des points 0 et D en entraînant les charges électnques qu'y s'y trou- vent soit par un liquide pulvérisé, projété mécaniquement d'une extrémité à rentre de la coupure, soit par des pas tisules,ions ou électrons, voyageant dans le tube à vide.
Comme dans les dispositions précédentes, il sera pos- sible de faire tourner l'ensemble du relais pour obtenir des variations de courant alternatif que l'on pourra fa- cilement simplifier.