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Procédé et dispositif d'émission ou de réception d'énergie ondula- toire à caractéristiques directionnelles différentes.
Dans le repérage et la mesure d'éloignement suivant le procédé d'écho, il est souvent désiré d'émettre ou de réceptionner au choix en direction, ou sans direction ou sous peu de direction. Ainsi par exemple, s'il s'agit de déterminer si, dans l'entourage d'une source d'énergie, se trouvent des objets réfléchissant l'énergie, il est recommandable d'émettre et de réceptionner sans direction ou. sous peu de direction. Dans ce cas, on peut également déterminer l'éloignement des objets réfléchissant, renvoyant l'énergie, si au contraire, il faut trouver la direction exacte des objets éfventuels, il faut réceptionner en direction.
Cependant, on émet également en direction pour obtenir une plus grande amplitude de sondage ou une indication plus nette.
Lors du rayonnement d'une grande énergie sous un angle considérable, il se présente diverses difficultés, et avant tout quand il s'agit de longueurs relativement faibles d'ondes sonores, de préférence au-dessus de 8000-10000 périodes par seconde, ou plus au-delà de la limite d'audibilité. Les difficultés qui se rencontrent alors consistent en ce que, pour le rayonnement d'une grande quantité d'énergie, il faut une grande surface de rayonnement, et que, d'autre part, par l'accroissement de la surface rayonnant le son, la caracté-
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ristique directionnelle de 1'émetteur est rendue plus algue. on a déjà proposé toute une série de solutions ayant pour but de surmonter ces difficultés.
Le caractère commun à toutes les solutions indiquées ou proposées consiste à élargir par moyens artificiels la caractéristique directionnelle naturelle d'un oscillateur.
Il est d'autre part connu d'employer uniformément plusieurs émetteurs de manière que, lors d'une excitation uniforme, ils rayonnent sans direction, des chaînes de retardement étant prévues susceptibles d'être insérées en avant certains des émetteurs,de telle sorte que, de la caractéristique ondulatoire non dirigée, il résulte une caractéristique dirigée de manière aiguë,
L'emploi avec les émetteurs de chaînes de retardement était cependant très incommode et susceptible de créer des perturbations, car on employait de notables énergies d'émission et par conséquent, les chaînes de retardement avaient de grandes dimensions.
La présente invention suit une voie toute différente pour la solution du problème posé.
Suivant l'invention, il devient possible de radier une grande énergie ondulatoire sous un large champ angulaire horizontal, du fait qu'un groupe d'oscillateurs sont excités au choix en phase et en phases différentes telles que la caractéristique directionnelle correspondant à cette excitation complète jusqu'à l'angle voulu la caractéristique directionnelle correspondant à l'excitation en phase. Ainsi donc, suivant l'invention, on ne travaille pas avec une seule caractéristique directionnelle, mais le dispositif d'oscillateurs est conçu commutable, de telle sorte que l'on peut obtenir deux caractéristiques directionnelles différentes qui se complètent mutuellement jusqu'à l'amplitude angulaire désirée.
L'idée fondamentale de l'invention va être expliquée plus en détail en se référant au dessin annexé qui donne à titre d'exemple des formes de realisation permettant de mettre en oeuvre le procédé de l' invention.
A la fig.l, la courbe 1 représente la caractéristique directionnelle d'un dispositif émetteur, pour une excitation en phase, cette caractéristique étant représentée, de la manière connue, en coordonnées polaires.
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La courbe 2 en pointillé désigne la caractéristique direction- nelle du même dispositif émetteur pour une excitation modifiée. Sui- vant l'exemple de réalisation, la caractéristique directionnelle 2 possède deux pointes qui se combinent avec la caractéristique direc- tionnelle 1 en une caractéristique commune s'étendant à peu près uni- formément sur une ouverture d'angle de 180. L'utilisation de toute l'amplitude de 180 pour l'émission de l'énergie ondulatoire est ob- tenue, suivant l'invention, par un emploi alternatif des caractéris- tiques directionnelles 1 et 2.
A la fig.2 est représenté un groupe de deux émetteurs 3 et 4 disposés à un écartement horizontal de # , # étant la longueur
2 d'onde émise.
L'extension verticale des deux émetteurs 3 et 4 de même cons- truction est si grande qu'il n'est rayonné de l'énergie ondulatoire que principalement. en direction horizontale. La largeur des émetteurs est, suivant, l'exemple de la fig.l, quelque peu plus petite que ,
2 soit environ 3# Par une telle dimension, on obtient que la carac-
8 téristique directionnelle résultant de l'excitation en phase des deux émetteurs 3 et 4, a à peu près la forme de la courbe 1 de la fig.l, tandis que la caractéristique directionnelle provenant de l'excitation déphasée des deux émettaurs 3 et 4, a à peu près la forme de la courbe 2. Les points d'intersection des courbes 1 et 2 se trouvent à environ + 30 , comme il ressort de la fig.l.
Le procédé conforme à l'invention consiste dès lors à exciter 1'émetteur 3 par exemple toujours suivant une seule et même phase, tandis qu'à l'émetteur 4, on communique par une simple inversion des pôles du courant alternatif par rapport au courant continu de prémagnétisation alternativement la même phase ou la phase opposée à celle que présente l'émetteur 3.
A la fig. 3 est représenté l'exemple d'un montage adéquat à l'excitation au choix des deux émetteurs 3 et 4 par la même phase ou par des phases opposées. Les oscillateurs 3 et 4 sont raccordés par les bobines de self 5, 6 et 7 à une source 8 de courant continu, qui détermine dans les oscillateurs un courant continu polarisant.
Les oscillateurs sont de plus raccordés par les condensateurs 9, 10,
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11, 12 à une source 13 de courant alternatif. Par un commutateur 14 on peut, de la manière visible au dessin, raccorder au choix aux oscillateurs 3 et 4 la source de courant al@ernatif, de telle sorte que la pince ou borne 15 de l'oscillateur 3 soit raccordée tantôt à la borne 16 et tantôt à la borne 17 de l'oscillateur 4.
Le procédé conforme à l'invention s'applique a tous les cas où une grande énergie doit être rayonnée autant que possible de toutes parts et dans le plan horizontal. Dans cet ordre d'idées intervien- nent en première ligne la télégraphie acoustique sous-marine, la téléphonie acoustique sous-marine et le repérage acoustique horizontal sous-marin. Les émetteurs 3 et 4 peuvent, à cet effet, être montés également comme récepteurs de la manière connue.
Le procédé de l'invention n'est cependant pas limité seulement à la technique acoustique sous-marine, mais peut servir au rayonnement de toute énergie ondulatoire voulue, par exemple d'ondes sonores aériennes ou d'ondes sonores terrestres ou d'ondes électromagnétiques
Le procédé de l'invention n'est pas limité à l'exemple de réalisation de la fig. 3, donc aux deux caractéristiques directionnelles obtenues seulement par deux émetteurs. Il peut être entre autres prévu un plus grand nombre d'émetteurs, le montage étant toujours particulièrement simple quand le nombre des émetteurs est pair. il est dans le cadre de l'invention d'utiliser, non seulement deux, mais successivement plus de deux caractéristiques directionnelles qui se complètent mutuellement au grand angle désiré de par exemple 180 .
L'invention s'étend en outre au cas où le départ n'est pas pris d'une caractéristique directionnelle provenant d'une excitation en phase et complétée à un plus grand angle par une excitation en une autre phase. Il rentre également dans le procédé de l'invention d'exciter un groupe quelconque d'émetteurs de deux manières différentes quelconques pour lesquelles il résulte des caractéristiques directionnelles qui se complètent mutuellement en un plus grand angle.
Lors de l'emploi d'un plus grand nombre d'émetteurs., il se présente, pour un dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention,
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la difficulté que, pour obtenir un champ angulaire très étroit, il. faut, employer de très nombreux, organes déplacera de phase, confor- mément aux diverses phases nécessaires, ce qui augmente considérablement l'encombrement et le prix de l'installation. Il va être décrit ci-après une disposition particulièrement avantageuse de montage par laquelle on réussit à faire fonctionner un plus grand nombre d'oscil- lateurs, répartis en un groupe, et dont la projection horizontale est à peu près un cercle, au moyen d'un minimum d'organes déplaceurs de phase et d'un nombre relativement restreint d'organes de commutation.
Dans cette disposition, les oscillateurs du groupe sont réunis, par un commutateur ou interrupteur à tambour à plusieurs organes déplaceurs de phase agissant partie en sens positif, partie en sens négatif ; pour chaque phase, il n'est prévu qu'un seul moyen monté simultanément devant différents oscillateurs, entre autre en différentes polarités, et par le déplacement de l'interrupteur à tambour, la disposition réciproque entre les oscillateurs et les moyens déplaceurs de phase est modifiable graduellement.
Aux. fig.4 à 6 est représentée à titre d'exemple une forme de réalisation d'un tel dispositif spécial pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. A la fig.4 est représenté un schéma de principe de l'interrupteur à tambour, à la fig. 5 un schéma de connexion du dispositif d'émission pour une position déterminée de l'interrupteur à tambour et à la fig.6 un schéma de connexion correspondant du. dispositif récepteur.
On voit, à la fig.4, que la disposition des émetteurs est un groupe circulaire d'oscillateurs acoustiques sous-marins, reliés par les contacts d'un interrupteur à tambour aux bornes 18 à 27 d'un dispositif d'émission. Suivant l'exemple représenté, il y a dix-huit oscillateurs, désignés par les chiffras. 28 à 45.
A la fig.5, il est représenté comment les oscillateurs 28 à. 45 sont raccordés par les bornes 18 à 27 à un dispositif émetteur, de manière à déterminer une action directionnelle du groupe dans la direction de la flèche 46 fig.4. Ceci est obtenu parce que les oscillateurs 28, 32, 42, 37, 33, 41 sont raccordés par les bornes 18
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et 19 au tube de sortie 47 d'un générateur dont le déplacement de phase est de 0 . Le tube de sortie 47 est raccordé par une résistance purement ohmique 48 à la source 49 de tension de commande du dernier étage du générateur à tubes, de la maniere visible au dessin.
Les oscillateurs 30, 38, 35, 45 sont raccordes par les bornes 20 et 21 à un deuxième tube 50, qui possède, par rapport au tube 47, un décalage de phase de + 45 . Ce decalage de phase est obtenu du fait que la grille du tube 50 est raccordée par un condensateur 51 de grandeur déterminée à la source de tension de commande 49. Les oscillateurs 40 et 43 sont raccordés par les bornes 22 et 23 au même tube 50, mais sous polarité opposée, par quoi ils sont -excités en décalage de 1800 par rapport aux oscillateurs 30, 38, 35, 45. Les oscillateurs 29, 36, 39, 44 sont raccordés par les bornes 24 et 25 à un troisième tube 52 qui, par une self-induction 53, détermine des oscillations décalées de - 45 par rapport au tube 47. Les oscillateurs 31 et 34 sont raccordés au même tube 52, de même que les quatre autres oscillateurs, mais sous polarité opposée.
Afin que les oscillateurs 28 a 35 puissent être successivement parcourus par un courant de polarisation dans la direction de la flèche 54, il est encore prévu des bobines de self 55, 56, 57, 58, 59, 60, qui déterminent la séparation en phase de l'excitation des divers oscillateurs. Par les flèches 61, 62, 63, 64 et 65, il est indiqué la direction dans laquelle les oscillateurs sont parcourus en un moment donné par le courant alternatif pris du générateur à tubes.
Par le montage représenté aux fig. 4 et 5, on obtient qu'à l'aide de seulement trois étages de générateur délivrant du courant décalé en phase de 0 , + 45 et - 45 , les divers oscillateurs 28 à 45 sont excités sous des phases telles que l'on obtient dans la direction de la flèche 46 une caractéristique directionnelle d'environ + 15 . Par rotation de l'interrupteur à tambour fig.4, cette carac- teristique directionnelle peut être tournée en dix-huit étages dans la circonférence et toute la circonférence peut être balayée par de l'énergie émettrice.
Un avantage particulier de la disposition est à relever, non pas seulement dans le fait qu'il ne faut que très peu de moyens dépla-
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ceurs de phase et de tubes générateurs ; il y a en plus à considérer comme réalisation particulièrement avantageuse le fait que les éléments déplaceurs de phase 48, 51 et 53 sont raccordés entre la source 49 de tension de commande du dernier étage du générateur à tubes et les étages terminaux.47, 50, 52. Pour autant que, dans une disposition quelque peu modifiée, les moyens déplaceurs de phase doivent être modifiés, ceci peut se faire dans un étage plus bas de puissance, de sorta que, par le changement des phases, il n'est consommé aucune puissance.
Un autra avantage de la disposition représentée est qu'elle permet une utilisation simultanée pour le fonctionnement en récepteur du même groupe d'oscillateurs. Un exemple de réalisation d'un montage de réception correspondant, basé sur la mesure différentielle, est représenté à la fig. 6. On y a pris les mêmes chiffres de référence qu'aux fig.4 et 5. Cependant, la disposition d'oscillateurs déjà représentée à la fig. 5 est raccordée par les interrupteurs 66 et 74, et par moyens déplaceurs de phase, à deux dispositifs indicateurs 75 et 76. Pour l'émission, les interrupteurs 67, 70 et 73 restent ouverts tandis que les interrupteurs 66, 68, 69, 71, 72, 74 sont raccordés à la ligne d'émission de la manière visible à la fig.5.
Par la fermeture des interrupteurs 67, 70 et 73 dans la position de réception, on détermine une dérivation médiane des oscillateurs montés en succès-- sion, et une mesure différentielle de l'énergie ondulatoire absorbée par les oscillateurs est rendue possible du fait que les trois transformateurs 77, 78, 79 sont pourvus chacun de deux paires d'enroulements. Les deux paires d'enroulement de chaque transformateur sont enroulées en opposition et sont accouplées de la maniere montrée au dessin.
80 et 81 désignent des 'résistances purement ohmiques qui ne déterminent pas de retardement de phase ; 82 et 83 sont des condensateurs qui déterminent un déplacement de phase dans une direction et 84 et 85 sont des bobines de self qui déterminent un déplacement de phase dans l'autre direction. Les valeurs absolues des déplacements de phases déterminés par les organes 82-83 sont également de 45 pour l'émission, comme dans l'exemple de réalisation représenté à la fig.5.
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86 et 87 désignent aes amplificateurs équipes, de la manière connue dans les mesures différentielles, d'organes variables déplaceurs de phase et qui, par conséquent, permettent une compensation précise ; la compensation précise, dans les amplificateurs 86 et 87, est déplacée jasqu'à ce que les dispositifs indicateurs 75 et 76 n'indiquent plus de différence. Donc, après que, par la position de l'interrupteur à tambour, il a été établi un repérage approximatif avec une précision de repérage d'environ + 15 , les compensateurs de précision 86 et 87 permettent une fixation précise de la direction de repérage à l'intérieur du dit champ angulaire.
Il va de soi qu'il est possible de choisir le nombre des oscillateurs différent de dix-huit et ae modifier en conséquence le nombre des moyens déplaceurs de phase, ainsi que leur grandeur. pour la mesure de la grandeur de e chacun des déplacements de phase et pour décider quels sont les émetteurs ou recepteurs à raccorder simultanément aux mêmes moyens changeurs de phases, l'erreur qui, lors du réglage grossier determiné par la position de l'interrupteur à tambour, doit être admise pour la direction de repérage ou d'émission, est déterminante.
L'idée étendue de l'invention, sur la base de laquelle s'obtient la combinaison réciproque entre les oscillateurs et les moyens déplaceurs de phase, consiste à ne pas limiter la précision de la direction de repérage ou d'émission par le nombre seul des oscillateurs du groupe, mais par le couplage combiné, conformément au sens des divers oscillateurs du groupe.
Enfin, il est a remarquer que l'invention n'est pas limitée à l'emploi ter que représenté dans l'exemple de réalisation, de générateurs à tubes, mais s'étend également à l'emploi de machines émettrices dans lesquelles les diverses phases sont obtenues par une disposition et des dimensions adéquates des enroulements.
Les fig.7 et 8 représentent l'application du procédé de l'invention dans un groupe d'oscillateurs disposés symétriquement par rapport au sommet, et non situés dans un même plan, les chaînes de retardement étant évitées. Ce groupe est divisé en zones et il est prévu des organes d'interruption connus en soi par lesquals. on peut
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coupler en phase ou en opposition de phase, au choix, par rapport aux autres émetteurs, les émetteurs qui se trouvent dans des zones de largeur 2 ou de largeur égale à un multiple impair de depuis le plan normal passant par le sommet jusqu'au plan de symétrie, on obtient de cette façon une compensation des divers émetteurs en plusieurs étages qui, par elle-même,
n'entraîne pas le même effet directionnel si précis que lors de l'emploi de chaînes retardatrices, car les chaînes retardatrices modifient en effet toujours les phases des divers émetteurs ; cependant, l'effet directionnel obtenu est très satisfaisant, compte étant tenu de la faible quantité- de matériel technique qu'exige cette compensation grossière en étage.
A la fig.7 est représentée la coupe transversale d'un cylindre en demi-cercle, sur lequel sont disposés plusieurs émetteurs acoustiques élémentaires 88 à 99 travaillant par exemple suivant le principe magnétostrictif ou piézoélectrique. Les émetteurs sont écertés l'un de l'autre d'environ 2 et le diamètre de la circonférence du cylindre est d'environ 2#. pour une émission non dirigée, tous les émetteurs 88 à 99 sont alimentés uniformément, de sorte qu'ils oscillent en phase et dispersent par conséquent des énergies ondulatoires dans toutes les directions sur le demi-cercle. L'excitation des émetteurs peut être inversée de telle sorte que les émetteurs 88, 90, 97 et 99 oscillent en phase opposée à celle des autres émetteurs.
Cette inversion (commutation) détermine que dans la direction de la flèche 100, il se développe un front plan d'ondes, car dans les zones 101, 102, 103, 104 qui sont toutes de largeur à peu près égale à #/2, les oscillateurs oscillent dès lors alternativement en phase et en phase opposée, et de ce fait, tous les oscillateurs pairs s'additionnent dans la direction de la flèche 100.
L'inversion des émetteurs 88, 90, 97 et 99 peut résulter par exemple suivant un montage représenté à la fig.8. Les émetteurs fixes (donc non inversables) 89, 91, 92, 93, 94, 95, 96,98 sont couplés ensemble dans un premier étage et sont montés en série avec les émetteurs inversables 88, 90, 97 et 99, qui sont couplés ensemble en un deuxième étage. 105 désigne une source de courant uniforme qui déterrai- ne la polarisation des émetteurs par une self 106. 107 est une source
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de courant alternatif qui détermine l'excitation des émetteurs soit en phase, soit en phase opposée, suivant qu'elle débite au travers d'un commutateur 108, un transformateur 109 ou un autre transforma- teur 110.
Le transformateur 110 est en serie avec tous les émetteurs et détermine, par conséquent, une excitation de tous les émetteurs en phase. Le transformateur 109 par contre est en série séparément avec les deux étages a'émetteurs et determine par conséquent une excita- tion en phase opposée de ceux-ci.
Comme dans l'exemple de réalisation, le nombre d'émetteurs fixe est le double de celui des émetteurs inversables, il est rationnel de choisir pour le transformateur le rapport 1 : 1 de transformation,et pour le transformateur 110 le rapport 1 : 2. Les circuits 111 et 112 parallèles aux émetteurs 88, 90, 97, 99 déterminent une alimentation de ces divers émetteurs par une même énergie.
REVENDICATIONS.
1. Procede d'émission ou de reception d'énergie ondulatoire, par exemple d'energie acoustique à fréquence sonore ou ultra-sonore dans l'eau, caracterisé en ce qu'un groupe d'oscillateurs est excité au choix en phase et en phases différentes telles que la caractéris- tique directionnelle résultant de cette excitation complète à l'angle désiré la caracteristique directionnelle correspondant à l'excitation en phase.