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perfectionnements aux indicateurs de front d'ondes.
Le présente invention est relative à des perfectionnements dans les indicateurs de front d'ondes et elle a pour but principal de prévoir des moyens par lesquels la direction de mouvement d'un front d'ondes peu% être déterminée plus rapidement, avec moins de dérangement par interférence et avec une plus grande exactitude qu'il n'a été possible jusqu'à présent, tout au moins pour autant que l'invention prévoit une lecture directe de la direction de mouvement d'une onde de compression.
Un autre but de l'invention est de prévoir des moyens qui répondent plus efficacement aux sons qui sont excessivement
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variables en intensité et/ou aux sons qui se produisent
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d'une manière non fréquente et/ou aux sons qui se praauisent à aes intervalles de temps au hasard, cette efflcgc.Lt6 gezant plus grande que pour les appareils connus, tels, par exemple, les systèmes de direction bineuriela ou l'hydrophone à direg- tion.
Il est connu que la direction de mouvement d'une onde de compression peut 'être déterminée en mesurant l'intervalle de temps entre l'arrivée de la même pulsation d'onde à des récepteurs différents, de préférence disposés en ligne et des
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dispositifs d'oscillographes vérins, ainsi que d'aures dispo.. sitifs mesureurs de temps ont été employés à cet usage, mais étant donné la nécessité d'intervenir dans l'enregistrement en ordre pour pouvoir procéder à des lectures, ou pour un réglage manuel, afin d'établir une position nulle ou une
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"croisure" bioeunék, il n'a pas été possible jusqu'à présent de pouvoir procéder à des lectures de direction continues sans perte de temps.
D'autres buts de l'invention consistent à prévoir des moyens capables de donner substantiellement des lectures continues de direotion et qui seront débarrassés de la néces-
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sité el' un réglage manuel quelconque à l'usage. y'invention consiste en un indicateur de front d'ondes perfectionné, comportant deux ou plusieurs récepteurs influen -ces par les ondes de compression et adaptés pour transformer pareilles ondes en impulsions électriques, récepteurs disposés sur une ligne de base en relation déterminée l'un avec
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l'autre;
deux Ou plusieurs indicateurs influencés par les in. pulsions électriques, connectés électriquement respectivement
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aux dits récepteurs, 61i disposes mn position relative simi- laire que les récepteurs, et des dispositifs pour comparer les positions des indications pour permettre que la relation
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angulaire du front d'ondes à la ligne de base du récepteur
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soit déterminée par la' relation angulaire des impulsions indiquées.
Il doit 'être entendu que la ligne de base en question ne doit pas nécessairement être rectiligne ou ae courbure rec -tangulaire, de façon que les récepteurs peuvent 'être disposés en toute position arbitrairement choisie; il est également entendu que l'on peut utiliser tout nombre de récepteurs,, en plus d'un, et d'indicateurs associés à l'intérieur de limites pratiques; il est également entendu que les dispositifs désignés comme indicateurs peuvent 'être des appareils à rayons cathodiques ou autres, donnant un résultat: visuel ou un dispositif électro-chimique ou tout autre enregistrement don.. na nt un rapport graphique.
Dans les dessins, la figure 1 montre un arrangement schématique de l'invention, avec deux récepteurs.
La figure 2 est un diagramme montrant la relation de deux récepteurs et la direction de marche d'une onde.
La figure 3 est un diagramme montrant l'analyse géomé trique de l'enregistrement produit par le dispositif de la fig. 2.
La figure 4 est une Élévation de face d'une forme de lecteur de carte pouvant être utilisé avec l'invention quand l'enregistreur possède un bras de stylet tournant de façon continue.
Le figure 5 est une élévation de face d'une autre forme de lecteur de carte.
La figure 6 montre le, forme de carte ou indication obtenue quand les trajets sont des lignes rectilignes parallèles, et cette figure montre également la méthode d'analyse.
La figure 7 est une élévation de face d'une simple forme de lecteur de carte adapta pour 'être employé avec la forme de carte illustrée dans la fig.6.
La figure 8 est une élévation de face d'une variante de
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lecteur de carte convenable pour l'usage avec la forme de car-
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te illus1irée dans la fig.6. de lecteur
La figure 9 est. une élévation de face d'un autre genre/ de carte .
La figure 10 est une élévation latérale de la fig.9.
La figure 11 montre un dispositif schématique de l'inven- tion avec trois récepteurs.
La figure 12 montre une carte employée pour quatre ré-
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cepteu rs.
La figure 13 montre une disposition dans laquelle on utilise des oscillographes à rayons cathodiques.
Les figures 14 et 15 montrent les différents genres d'in-
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àiaatiorsobservé* Jans le miroir sem:L-réf lecteur.
L'invention est expliquée dans la description suivante, à titre d'exemple seulement, avec référence eux ondes sonores et aux appareils sondant ou résonant a l'écho.
La figure 1 montre un dispositif très simple, comportant
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deux récepteurs de pulsations d'écho IL et Ra, des amplifioateurs 1 et A2. et un enregistreur électro-chimique E comp or- tant un bras tournant autour d'un axe 0 et portant deux stylets
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et 82 qui suivent des trajets parallèles t, t et ayant la ligne a qui joint les points de contact s, s des Stylets S1 et
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sur la ea rte 4 , perpendiculairement a la direction ae mouvement des Q.J.ts stylées (indiquée par la flèche b).
Il est évident que les impulsions électriques, provoquées
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dans les récepteurs R 1 et quand une pulsation de son est reçue, sont conduites aux entrées des amplificateurs thermo-
1
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ioniques à1 et A" respectivement par la voie ordinaire , et que les impulsions électriques amplifiées sont conduites des sorties de ces ompliricileurs vers les anneaux de frottement el 0 %2 connectés aux stylets si et s2 respeotivement par
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les :
08lri($) 8 et sa un retour commun el connectant la plaque métaliique e de l'enregistreur E avec les deux amplifixateurs AI et 49. les récepteurs Ri et Ra ont une position relative l'un par rapport à l'autre et par rapport a l'enregistreur de façon que, quand les dits récepteurs sont excités simulta-
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-n6oeent par une onde sonore, les enregistrements vl et V 2 des pulsations indiquées par les stylets S1 et SI% respectivement tombent sur la ligne perpendiculaire à la direction de mouvement des dits stylets.
Avec cet arrange-, ment, on peut se rendre compte que, quand la ligne de base r des récepteurs R et R2 forme un certain angle par rapport au front d'ondes, les dits récepteurs seront excités oonsé-
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outivement et la séparation des enregistrements 5?1. et Ta des pulsations individuelles indiquées par les stylets 1 et s2 sera fonction de l'angle du front d'ondes aveG,la ligne de base !, ce dont il résulte que la direction de mouvement de Inonde peut être déterminée de la manière suivante.
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Référant à la flg.3e 0 désigne le centre de rotation des stylets, t t les trajets concentriques traces par ces stylets, et les enregistrements de pulsations indiquées par les stylets en raison des arrivées de la même pulsation sonore
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consécutivement aux récepteurs pl et la de le figez, Dans la figeas si la distance entre It et n2 est , et #o est l'angle entre le front d'ondes et la ligne de base r. on a
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p 8 sin V 3 r0..vv.v..evvv.vvvevv. I .
Ensuite, si w est la vitesse angulaire du bras de stylet et ce la vitesse du son dans le milieu, alors , dans la
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f1g.Zt le' temps pris pour parcourir .'engle est!!. , lequel est égal au temps pris par le son,de.ns la fig.3,poir parcourir la distance R1F, de façon que :
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a µq -5 ....................... II .
Par i .t. = Sain 00............... III w c
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pour (les angles moindres de 5 sin &0 est suffisamment appro- ximatif à #o (radian),
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de ce fait ' = S 80 IV w c et #o = V.
S w
On peut ainsi voir que #o peut être déduit de lectures de ;( et des dispositifs simples permettent de faire ceci aisément ;
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par exemple, un rapporteur peut 'être #libré pour indiquer 80 quand 1 est appliqué à ,d par l'emploi du facteur # . Si c = 4960 pieds par seconde,
S = 30 pieds w = 26 radians par seconde
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4960 * 6.3# 960 2 ;1 . 6.30 J" ........... VI, 3 26 et,dans pareil cas, .35 serait le facteur propre à employer.
Alterns"ivemen1i. la multiplication peut être effectuée au moyen d'un dispositif à engrènements aomme illustré clans la fig.4, dans lequel les parties 1 et 8 sont en matière transparente, connectées d pivot en 0, la partie 1 comportant des dents .3 en prise avec les dents 4 d'un pignon 5 monté a pivot sur la partie 2.
L'arbre 6 du pignon 5 porte une aiguille 7 coopérant à l'échelle 8 de la partie .2..et le rapport de vitesse de l'engrenage et du pignon est c/S w : 1. Le rayon osl (le la partie 1 est égal
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au rayon OS1 àe travail du stylet si et la longueur os2 est égale au rayon (le travail 0" ctu stylet S2 ..A l'emploi, le lecteur de carte montre dans la fig.4 est placé sur une carte de telle façon que l'axe o occupe la position qui était occupée par
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l'axe ae rotation au bras ae stylet quand la carte fut fabriquée,
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le coin s1 est placé sur le bord menant du repère . effectué par le stylet S1, et le coin %, est placé sur le bord menant du repère- établi par S2;
quand ceci est fait, l'angle entre
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les bords os-t et os sera pl (fig.3J. et l'aiguille 7 indiquera la portée OQ (fig,2) sur l'échelle 8 avec une précision qui dépend de Ifapproxima'ti oa adoptée dans les équations 17 et V. pour obtenir une plus grande exactitude, les engremges 3 et 4 peuvent être façonnés pourque les indications de l'aiguille 1 soient gouvernées par l'équation III.
Référant encore à la fig.3. on peut voir que la longueur
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lx.qUand elle est en unité3sppropriêe. est égale a la distanoe Fur o'est-a-dire : Tex = 0 sin 8 o = x ...""""'.".. vis par l'éque*uion 1 il est possible de rendre la longueur x (fig.3) égale à s en utilisant les mêmes unités pour #2x que pour Tex, de façon que Tzx = S........................... VIII par inspection de la fig.3 8 T1 x S' o o .. o o o o o o o o . o o . o o o o . IX T x
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de façon qu'en divisant VII par VIII. on voit que tang. = sin #o ...................... X et pour depetitsangles
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0 sera approximativement <7o .......21 avec moins de 5 d'erreur pour des lectures de moins de 30 .
De ce qui procède on voit que 80 peut être déduit des lec- tures de 0 et que l'instrument montré dans la fig.5 permet de faire ceci sans difficulté.
L'instrument, de préférence en matière transparente, comme illustré dans la fig.5, comporte un élément en forme de T ayant
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un bloo 11 et une feuille 3. Le feuille 3, un bord , de cour
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-bure Circulaire, et une lame 14 pivotée sur cette feuille au centre 15 de la courbure du bord 13.
La lame 14 porte un rappor- teur 16 et une articula,,ion 17 pivote en 18, l'articulation 17 ayant une ligne-index 19 pour la coopération avec les traces et l'échelle 20 du rapporteur 16. pour obtenir les résultats les plus simples, la distance entre le bord intérieur 21 du bloc 11 et le centre 15 est telle que, quand le bord 21 est appliqué au bord de la carte C, le centre 15 occupe la position de l'axe de rotation du bras de stylet, le rayon de courbure du bord 13 est égal au rayon du stylet S1 a partir du centre 0, et la distance entre les centres de pivotement 15 et 18 est égale au rayon de courbure du bord 13.
A l'usage, cette forme de lecteur de carte a son bord intérieur du bloc 11 placé contre le bord de la carte C, le bord courbé 13 est applique au trajet.! du stylet S1, la lame 14 est dépla- cée autour au centre 15 jusqu'a ce que le centre 18 se trouve sur la ligne menante de la trace T1, l'articulation 17 tourne au- tour du centre 18 jusqu'à ce que la ligne-index 19 vienne en travers des bords menants des traces T1 et T2, et l'angle # peut être lu sur l'échelle 20. par ce moyen, l'angle #o peut 'être déduit dans les limites d'erreur dE l'équation XI; alternativement, si l'échelle de degrés est remplacée par un calibrage constitué selon l'équation X. #o peut, être lu directement et exactement.
Quand les trajets t t son- des lignes droites, tel qu'il arri- ve quand les stylets S1 et S2 sont montés sur des chariots a mou -vement rectiligne ou quand les indications sont observées a l'ai- de de tubes a rayons cathodiques, l'indication de la carte sera -celle qu'illustrée dans la fig.6, et si celle-ci est associée à la fig.Z, elle peut être analyste de la manière suivante:
Si V est la vitesse de retour réciproque, le temps pris pour parcourir la distance T1x (fig.6) sera de T1x lequel
V
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est égal au tempspris par le son pour parcourir la distance FIL (fig. 2) = x/c, 'Où c est la vitesse du son dans le milieu , e¯tlpar 1es équations III x/@ = S/@ sin et par les équations II et III x/c = ####### par l'équation I T1x/V = x/c = ######### ........XII .
Si la séparation des stylets T2x est choisie de faço,n que
T2x/V = S/c ................................. XIII il s'ensuit que T1x/T2x = sin # o ................. XIV si l'équation XII est divisée par l'équation XIII. par inspection de la figure 6, on voit que taris......................... XV de façon que tang. # = sin #o XVI et pour des angles de moins de 30 on peut admettre que # approche de #o XVII dans les limites d'erreur de moins de 5 .
De XVII il résulte que l'angle de portée peut être directe- ment lu de l'indication et, dans le @as d'une carte, on peu% utiliser avantageusement un dispositif comme illustré dans les figures 7 et 8,
Dans le dispositif montre dans la fig.7. la jante 21 est montée sur le bottier d'un enregistreur et un disque 22, en verre ou autre matière transparente y est monté, ce disque étant ré- glé par des lignes parallèles 23, à intervalles. La jante 21 est graduée en degrés, de façon que l'angle de portée -0 o peut 'être lu dans les limites d'exactitude de XVII quand la ligne menante est ajustée pour couper transversalement les bords menants des traces T1 T2 sur les parcours t t.
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Le dispositif montré dans la fig.8 est simllaire a celui de la fig.7, mais l'échelle est ici concentrée . ses extrémités de façon à indiquer l'angle de portée #o avec l'exactitude de l'équation XVI.
Le. lecteur titi carte montré dans les figs.9 et 10 est disposé pour donner des portées correctes de traces rectilignes de son en degrés sur une échelle calibrée en degrés effectifs. , Dans ce but, il est fait usage d'un mécanisme simple, qui résoud automatiquement la relation trigonométrique contenue dans l'éque -tion XVI. ce mécanisme simple comporte un disque 22 rotatif transparent, ayant des lignes-index 23 et tournant au-cour d'un point qui est de préférence près de son centre. Le disque 22 a un bras 24 qui y est pivoté en un point 25.
Ce bras est à son tour connecté à une articulation 26 par un pivot 27. L'articulation 26 est montée rotativement sur la plaque de base 28 par le pivot 29, et la distance entre le p oint de pivotement 25 et l'axe de rotation du disque 22 est égale à le distance entre les pivots 27 et 29.
L'articula ci on 26 a une surface plane 30 venant en contact aveo une saillie 31 montée sur une barre fendue 38. disposée à coulissement sur des pointes 33 vissées dans la plaque de base 28. La barre 32 a une pièce en croix 34 avec une surface plane 35 perpendiculaire a la direction de coulissement de la barre 32.
La surface plane 35 est en prise. par l'extrémité angulaire d'un levier 37 monté sur un pivot 38 fixé dans la plaque de base 28 et qui est élastiquement connecté à l'articulation 26 par un ressort 39 qui sert à maintenir la surface 30 en contact avec la saillie 31, et la surface 35 en contact avec l'extrémité angulaire 36. de façon à transmettre ainsi tout mouvement de l'articulation 26 au levier 37 sans jeu de retour ou perte de mouvement.
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Le levier 37 est rigidement connecte au bras 40 qui coopère avec l'échelle 41 à degrés, et munit si nécessaire, de visées 40, 42.
A titre de facilite, la lecteur de carte montré dans les figs.9 et 10 peut 'être monté sur l'enregistreur avec les lignes- index 23 en relation appropriée aux traces produites par les
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stylets at à l'emploie le disque 29 est tourné de feyo-4 à appll quer une des .3gr,esirdex Jg3, au bord menant des tre ces résultant d'un son.
Cette rotation a travers l'ongle 0 déplace l'articuration a6 angulairement autour du pivot 2""8, da fa g on àfaire coulisser la barre fendue 32 vers le bas et tourner le bres 0 d'un angle 6 o qui peut 'ètre leu en degrés sur 1'échelle 1. on peut voir que la rotation du disque 22 sur, un angle
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provoque un Éonvemen% de la barre fendue 2 qui est proportionnel à la tangente de liongle 0 et que ce mouvement est à son tour transmis au levier qui provoque une rotation de ce bras gouvernée par l'expression - déplacement de la barre fendue 32 est égal à
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R aïn 0o - dans laqùella 3 est le rayon de 14extrémitê angulai- re 36 autour du pivot 38,
et que le changement de l'angle 8 par rapport au déplacement de la barre rendue 32 est gouverne par
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lrexproseion - le déplacement de la barre fendue est égal à A tang.
8 o àans laquelle A est la distance entre le trajet du bord de eontao't de la saillie SI et le pivot 89. Si Iton fait A égal à R alors sin 0 o m tang. 0 .
Afin d'ester une ambiguïté de 180" on peut disposer un troisième rdeepteur de pulsations d*eqho Ë dans une position à angle droit à la ligne de base rUes deux récepteurs RI et R , tel qu'illustre dans la fig.l@ 9e récepteur 0 ayant un ampllfioateur &3 et un stylet 8 de façon qu'on obtient trois traces ri Te T5 pour ohaquo son.
En outre, pour réduire la possibilité d*un.résultat erroné dû à 1*enregistrement simultané de pulsations provenant de la récep-
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tion de fronts d'ondes différents, on peut disposer un nombre de récepteurs (soit quatre ou plus) sur la même base rectiligne, et qui sont connectés avec les différents stylets respectivement d'un enregistreur électrochimique pareillement disposé sur une ligne droite, et,comme il est évident, les récepteurs et stylets doivent avoir une relation d'espacement correspondant. Il est avantageux d*espacer les récepteurs et les stylets respectivement à des distantes égales.
Pareille disposition produira un enregistrement somme illustré dans la fig. 12, dans laquelle T1 T2 T3 et T4 sur les trajets! ! ! ! sont des traces indiquant l'arrivée d'un front d'ondes simultanément aux quatre récepteurs , et X1 X2 X3 et X4 sont les traces indiquant l'arrivée d'un front d'ondes qui est incliné par rapport à la base droite des récepteurs.
Au lieu d'appareils utilisant des plumes ou stylets déplacés alternativement ou à rotation, la réception des pulsations électriques des amplificateurs peut être appliquée à des oscillographes à rayon cathodique .
Comme montré dans la fig.15, la sortie de l'amplificateur A1 excité par le récepteur R1 est appliquée au tube K1,et la sortie de l'amplificateur A2 excité par le récepteur R2 est appliquée au tube K2 qui a la même vitesse de balayage que le tube K1, les trajets sur les deux écrans fluorescents étant amenés en relation convenable pour Inobservation; on utilise avantageusement un semi-réflecteur 50 , à travers lequel on peut observer l'indication du tube K2, miroir,qui reflète aussi l'indication du tube K1.
Le type d'indication obtenu dépend du mode d'application des pulsations et peut consister en une déflection latérale de l'endroit, Gomme montré dans la fig. 14, ou une modulation de l'intensité de l'endroit, eomme montré-dans la fig. 15.
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Pour la simplicité de la description, les lecteurs de carte illustres dans les fige*4 et 5 sont décrits comme dissociés de l'instrument indicateur ,mais, en pratique, pareils lecteurs sont montés sur le boîtier de pareils instruments, soit temporairement , soit en permanence, de façon qu'on puisse faire des déductions à partir des indications immédiatement après qu'un enregistrement a été effectué, et il est évident que, dans le cas où il est prévu un montage permanent, l'alignement du lecteur peut être effectué par toute voie possible, soit par un chariot sur rails de guidage, par des gui-des rainurée: ou par un mécanisme à parallélogramme.
Revendications*-
1... Un indicateur de front d'ondes perfectionné . eomportant deux ou plusieurs récepteurs, influencés par des ondes de compression et adaptés pour transformer pareilles ondes en pulsations électriques, disposés sur une ligne de base suivant une relation déterminée l'un par rapport à l'autre; deux ou plusieurs indicateurs influences par les pulsations dleetri- ques, électriquement connectés respectivement à ces récepteurs et disposés dans des positions relatives similaires aux réoepteurs, et des dispositifs pour comparer les positions des indications de façon à permettre la détermination du rapport angulaire du front d'ondes à la ligne de base du récepteur par la relation angulaire des pulsations indiquées.
**ATTENTION** fin du champ DESC peut contenir debut de CLMS **.
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improvements to wavefront indicators.
The present invention relates to improvements in wavefront indicators and its main object is to provide means by which the direction of movement of a wavefront can be determined more quickly, with less inconvenience. by interference and with greater accuracy than has been possible hitherto, at least insofar as the invention provides for a direct reading of the direction of movement of a compression wave.
Another object of the invention is to provide means which respond more effectively to sounds which are excessively
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variable in intensity and / or sounds that occur
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infrequently and / or to sounds which occur at random time intervals, this efflcgc.Lt6 gezant larger than for known devices, such as, for example, bineuriela steering systems or the hydrophone at dirg- tion.
It is known that the direction of movement of a compression wave can be determined by measuring the time interval between the arrival of the same wave pulse at different receivers, preferably arranged in line and
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ram oscillograph devices, as well as aures available. time measuring devices have been used for this purpose, but given the need to intervene in the recording in order to be able to carry out readings, or for an adjustment manual, in order to establish a zero position or a
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bioeunek "crossover", it has not been possible so far to be able to carry out continuous direction readings without wasting time.
Other objects of the invention are to provide means capable of giving substantially continuous readings of speech and which will be relieved of the need.
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sity and any manual adjustment for use. The invention consists of an improved wavefront indicator, comprising two or more receivers influenced by the compression waves and adapted to transform such waves into electrical impulses, receivers arranged on a base line in a determined relation one with
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the other;
two or more indicators influenced by in. electric pulses, electrically connected respectively
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to said receivers, 61i have a relative position similar to the receivers, and devices for comparing the positions of the indications to allow that the relation
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angular from wavefront to receiver baseline
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is determined by the angular relationship of the pulses indicated.
It should be understood that the baseline in question need not necessarily be rectilinear or have rectangular curvature, so that the receivers can be arranged in any arbitrarily chosen position; it is also understood that any number of receivers, in addition to one, and associated indicators can be used within practical limits; it is also understood that the devices designated as indicators may be cathode ray or other devices giving a visual result or an electrochemical device or any other recording giving a graphical report.
In the drawings, Figure 1 shows a schematic arrangement of the invention, with two receivers.
Fig. 2 is a diagram showing the relationship of two receivers and the running direction of a wave.
FIG. 3 is a diagram showing the geometrical analysis of the recording produced by the device of FIG. 2.
Figure 4 is a front elevation of one form of card reader suitable for use with the invention when the recorder has a continuously rotating stylus arm.
Figure 5 is a front elevation of another form of card reader.
Figure 6 shows the map shape or indication obtained when the paths are straight parallel lines, and this figure also shows the method of analysis.
Figure 7 is a front elevation of a simple form of card reader adapted for use with the card form shown in Fig.6.
Figure 8 is a front elevation of a variant of
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card reader suitable for use with the card form
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you illus1irée in fig.6. reader
Figure 9 is. a different kind of face elevation / map.
Figure 10 is a side elevation of Fig.9.
Figure 11 shows a schematic device of the invention with three receivers.
Figure 12 shows a map used for four re-
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cepteu rs.
Figure 13 shows an arrangement in which cathode ray oscillographs are used.
Figures 14 and 15 show the different kinds of in-
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àiaatiorsobservé * Jans the mirror sem: L-ref reader.
The invention is explained in the following description, by way of example only, with reference to sound waves and to devices probing or resonating the echo.
Figure 1 shows a very simple device, comprising
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two receivers of echo pulses IL and Ra, amplifiers 1 and A2. and an electro-chemical recorder E comprising an arm rotating around an axis 0 and carrying two styluses
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and 82 which follow parallel paths t, t and having the line a which joins the points of contact s, s of the Stylets S1 and
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on line 4, perpendicular to the direction of movement of the styled Q.J.ts (indicated by arrow b).
It is evident that the electrical impulses, caused
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in the receivers R 1 and when a pulse of sound is received, are conducted to the inputs of the thermo amplifiers
1
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ionic to 1 and A "respectively by the ordinary route, and that the amplified electrical impulses are conducted from the outputs of these ompliricileurs to the friction rings el 0% 2 connected to the stylets si and s2 respectively by
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the :
08lri ($) 8 and its a common return connecting the metal plate e of the recorder E with the two amplifixers AI and 49. the receivers Ri and Ra have a relative position with respect to each other and with respect to to the recorder so that, when said receivers are simultaneously excited
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-n6oeent by a sound wave, the recordings v1 and V 2 of the pulsations indicated by the styli S1 and SI% respectively fall on the line perpendicular to the direction of movement of said styli.
With this arrangement, it can be seen that, when the baseline r of the receivers R and R2 forms a certain angle with respect to the wave front, said receivers will be excited oons-
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and the separation of records 5? 1. and Ta of the individual pulses indicated by styli 1 and s2 will be a function of the angle of the wavefront aveG, the baseline!, whereby the direction of wave movement can be determined as follows.
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Referring to flg.3e 0 denotes the center of rotation of the styli, t t the concentric paths traced by these styli, and the pulsation recordings indicated by the styli due to the arrivals of the same sonic pulse
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consecutively to the receivers pl and la of it freeze, In the figeas if the distance between It and n2 is, and #o is the angle between the wave front and the baseline r. we have
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p 8 sin V 3 r0..vv.v..evvv.vvvevv. I.
Then, if w is the angular velocity of the stylus arm and ce the velocity of sound in the middle, then in the
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f1g.Zt the 'time taken to travel.' engle is !!. , which is equal to the time taken by the sound, in fig. 3, to cover the distance R1F, so that:
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a µq -5 ....................... II.
By i .t. = Healthy 00 ............... III w c
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for (angles less than 5 sin & 0 is sufficiently approximate to #o (radian),
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therefore '= S 80 IV w c and #o = V.
S w
We can thus see that #o can be deduced from reads of; (and simple devices allow to do this easily;
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for example, a reporter can be # freed to indicate 80 when 1 is applied to, d by the use of the factor #. If c = 4960 feet per second,
S = 30 feet w = 26 radians per second
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4960 * 6.3 # 960 2; 1. 6.30 J "........... VI, 3 26 and, in such a case, .35 would be the proper factor to be employed.
Alternates "ivemen1i, the multiplication can be carried out by means of a meshing device as illustrated in FIG. 4, in which the parts 1 and 8 are of transparent material, pivotally connected at 0, the part 1 having teeth. 3 meshing with the teeth 4 of a pinion 5 pivotally mounted on part 2.
The shaft 6 of the pinion 5 carries a needle 7 cooperating on the scale 8 of part .2 ... and the speed ratio of the gear and the pinion is c / S w: 1. The radius osl (the la part 1 is equal
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at radius OS1 the work of the stylus if and the length os2 is equal to the radius (the work 0 "ctu stylus S2 .. In use, the card reader shown in fig. 4 is placed on a card in such a way that axis o occupies the position that was occupied by
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the axis was rotated with the stylus arm when the card was made,
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the corner s1 is placed on the leading edge of the coordinate system. performed by stylus S1, and wedge%, is placed on the leading edge of the mark- established by S2;
when this is done, the angle between
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the edges os-t and os will be pl (fig. 3J. and needle 7 will indicate the range OQ (fig, 2) on scale 8 with an accuracy which depends on the approxima'ti oa adopted in equations 17 and V To achieve greater accuracy, the gears 3 and 4 can be shaped so that the indications of needle 1 are governed by equation III.
Referring again to fig. 3. we can see that the length
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lx. when it is in the appropriate 3 unit. is equal to the distance Fur o that is to say: Tex = 0 sin 8 o = x ... "" "" '. ".. vis by the equ * uion 1 it is possible to make the length x (fig. 3) equal to s using the same units for # 2x as for Tex, so that Tzx = S ........................ ... VIII by inspection of fig. 3 8 T1 x S 'oo .. oooooooo. Oo. Oooo. IX T x
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so that by dividing VII by VIII. we see that tang. = sin #o ...................... X and for small angles
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0 will be approximately <7o ....... 21 with less than 5 error for readings less than 30.
From what proceeds we see that 80 can be deduced from the readings of 0 and that the instrument shown in fig. 5 allows this to be done without difficulty.
The instrument, preferably in transparent material, as illustrated in fig. 5, comprises a T-shaped element having
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a bloo 11 and a sheet 3. The sheet 3, an edge, of yard
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-Circular bure, and a blade 14 pivoted on this sheet at the center 15 of the curvature of the edge 13.
The blade 14 carries a protractor 16 and a joint 17 pivots at 18, the joint 17 having an index line 19 for cooperation with the traces and the scale 20 of the protractor 16. to obtain the most accurate results. simpler, the distance between the inner edge 21 of the block 11 and the center 15 is such that, when the edge 21 is applied to the edge of the card C, the center 15 occupies the position of the axis of rotation of the stylus arm , the radius of curvature of edge 13 is equal to the radius of stylus S1 from center 0, and the distance between pivot centers 15 and 18 is equal to the radius of curvature of edge 13.
In use, this form of card reader has its inner edge of the block 11 placed against the edge of the card C, the curved edge 13 is applied to the path.! of stylus S1, blade 14 is moved around in center 15 until center 18 is on the leading line of trace T1, joint 17 rotates around center 18 until the index line 19 crosses the leading edges of the traces T1 and T2, and the angle # can be read on the scale 20. by this means the angle #o can be deduced within the limits of error dE equation XI; alternatively, if the degree scale is replaced by a calibration constituted according to the equation X. #o can, be read directly and exactly.
When the tt paths are straight lines, such as when the stylets S1 and S2 are mounted on rectilinear motion carriages or when the indications are observed with the aid of cathode ray tubes , the indication of the map will be the same as illustrated in fig. 6, and if this is associated with fig.Z, it can be analyst as follows:
If V is the reciprocal return speed, the time taken to travel the distance T1x (fig. 6) will be T1x which
V
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is equal to the time taken by sound to travel the distance FIL (fig. 2) = x / c, 'where c is the speed of sound in the medium, ētl by the equations III x / @ = S / @ sin and by equations II and III x / c = ####### by equation I T1x / V = x / c = ######### ........ XII.
If the separation of the T2x styli is chosen in the correct way, only
T2x / V = S / c ................................. XIII it follows that T1x / T2x = sin # o ................. XIV if equation XII is divided by equation XIII. by inspection of figure 6, we see that dried up ......................... XV so that tang. # = sin #o XVI and for angles less than 30 we can assume that # approaches #o XVII within the error limits of less than 5.
From XVII it follows that the range angle can be read directly from the indication and, in the case of a map, one can advantageously use a device as illustrated in Figures 7 and 8,
In the device shown in fig.7. the rim 21 is mounted on the casing of a recorder and a disk 22, made of glass or other transparent material is mounted thereon, this disk being adjusted by parallel lines 23, at intervals. The rim 21 is graduated in degrees, so that the range angle -0 o can be read within the accuracy limits of XVII when the leading line is adjusted to cut transversely the leading edges of the tracks T1 T2 on the courses t t.
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The device shown in fig.8 is similar to that of fig.7, but the scale is here concentrated. its ends so as to indicate the range angle #o with the accuracy of equation XVI.
The. titi card reader shown in figs. 9 and 10 is arranged to give correct ranges of rectilinear traces of sound in degrees on a scale calibrated in effective degrees. For this purpose, use is made of a simple mechanism, which automatically solves the trigonometric relation contained in equation XVI. this simple mechanism comprises a transparent rotating disc 22, having index lines 23 and rotating at a point which is preferably near its center. The disc 22 has an arm 24 which is pivoted therein at a point 25.
This arm is in turn connected to an articulation 26 by a pivot 27. The articulation 26 is rotatably mounted on the base plate 28 by the pivot 29, and the distance between the pivot point 25 and the axis of rotation of the disc 22 is equal to the distance between the pivots 27 and 29.
The hinge 26 has a flat surface 30 coming into contact with a projection 31 mounted on a split bar 38. slidably disposed on spikes 33 screwed into the base plate 28. The bar 32 has a cross piece 34 with a flat surface 35 perpendicular to the direction of sliding of the bar 32.
The planar surface 35 is engaged. by the angular end of a lever 37 mounted on a pivot 38 fixed in the base plate 28 and which is elastically connected to the articulation 26 by a spring 39 which serves to maintain the surface 30 in contact with the projection 31, and the surface 35 in contact with the angular end 36. thereby transmitting any movement of the joint 26 to the lever 37 without backlash or loss of movement.
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The lever 37 is rigidly connected to the arm 40 which cooperates with the degree scale 41, and provided if necessary, with sights 40, 42.
For convenience, the card reader shown in Figs. 9 and 10 may be mounted on the recorder with the index lines 23 in proper relation to the traces produced by the recorders.
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styluses at use the disc 29 is rotated from feyo-4 to apply one of the .3gr, esirdex Jg3, to the leading edge of the tre ces resulting from a sound.
This rotation through the nail 0 moves the joint a6 angularly around the pivot 2 "" 8, so as to slide the slotted bar 32 downwards and turn the bres 0 by an angle 6 o which can be leu in degrees on scale 1. it can be seen that the rotation of disk 22 at an angle
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causes a% event of the split bar 2 which is proportional to the tangent of liongle 0 and that this movement is in turn transmitted to the lever which causes a rotation of this arm governed by the expression - displacement of the split bar 32 is equal at
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R aïn 0o - in laqùella 3 is the radius of 14 angular end 36 around the pivot 38,
and that the change of the angle 8 with respect to the displacement of the rendered bar 32 is governed by
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lrexproseion - the displacement of the split bar is equal to A tang.
8 o where A is the distance between the path of the edge of eontao't of the projection SI and the pivot 89. If Iton makes A equal to R then sin 0 o m tang. 0.
In order to be 180 "ambiguous, a third pulse receiver from eqho Ë can be arranged in a position at right angles to the baseline of both receivers RI and R, as shown in fig. receiver 0 having an amplifier & 3 and a stylus 8 so that we obtain three traces ri Te T5 for each sound.
Further, to reduce the possibility of an erroneous result due to simultaneous recording of pulses from the receiver.
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tion of different wave fronts, it is possible to have a number of receivers (that is to say four or more) on the same rectilinear base, and which are connected with the different styluses respectively of an electrochemical recorder similarly arranged on a straight line, and, as is evident, the receivers and styli must have a corresponding spacing relationship. It is advantageous to space the receivers and styli respectively at equal distances.
Such an arrangement will produce a sum record shown in fig. 12, in which T1 T2 T3 and T4 on trips! ! ! ! are traces indicating the arrival of a wave front simultaneously to the four receivers, and X1 X2 X3 and X4 are the traces indicating the arrival of a wave front which is inclined with respect to the right base of the receivers .
Instead of devices using alternately or rotatingly moved nibs or styluses, the reception of electrical pulses from amplifiers can be applied to cathode ray oscillographs.
As shown in fig. 15, the output of the amplifier A1 excited by the receiver R1 is applied to the tube K1, and the output of the amplifier A2 excited by the receiver R2 is applied to the tube K2 which has the same speed of scanning as the tube K1, the paths on the two fluorescent screens being brought into a suitable relation for observation; a semi-reflector 50 is advantageously used, through which the indication of the tube K2, mirror, which also reflects the indication of the tube K1 can be observed.
The type of indication obtained depends on the mode of application of the pulsations and may consist of a lateral deflection of the site, as shown in fig. 14, or a modulation of the intensity of the spot, as shown in fig. 15.
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For simplicity of description, the card readers illustrated in figs * 4 and 5 are described as separate from the indicating instrument, but, in practice, such readers are mounted on the housing of such instruments, either temporarily or in permanently, so that inferences can be made from the indications immediately after a recording has been made, and it is obvious that, in the case where permanent editing is provided, the alignment of the reader can be effected by any possible route, either by a carriage on guide rails, by grooved gui-des: or by a parallelogram mechanism.
Claims * -
1 ... An advanced wavefront indicator. having two or more receivers, influenced by compression waves and adapted to transform such waves into electrical pulses, arranged on a base line in a determined relationship with respect to each other; two or more indicators influenced by dleetric pulsations, electrically connected respectively to these receivers and arranged in relative positions similar to the receivers, and devices for comparing the positions of the indications so as to allow the determination of the angular ratio of the front of waves to the baseline of the receiver by the angular relationship of the pulses indicated.
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