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perfectionnements apportés et relatifs aux moyens pour mesurer un mouvement relatif dans un fluide et l'allure de son chan- gement.
La présente invention est relative à des moyens perfec- tionnés pour mesurer un mouvement relatif dans un fluide et l'allure de son changement, en faisant application du phénomène connu communément sous le nom d'effet Doppler ou de phénomènes analogues.
Le principal objet de l'invention est de fournir des moyens par lesquels des résultats exacts et sûrs peuvent être obtenus d'une manière relativement simple et par lesquels ces résultats peuvent être exposés sous la forme d'indication d'un instrument à lecture directe,qui peut ou non avoir une ai- guille ou index.
Un autre objet de l'invention est de prévoir des moyens sur un véhicule, par exemple un navire ou un aéroplane, qui permettent que la vitesse de déplacement du navire ou de l'aéroplane par rapport à l'eau ou à l'air soit'déterminée et @
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exposée sur le véhicule sous la forme d'une indication donnée par un instrument.
Un autre objet de l'invention est de prévoir des moyens sur un véhicule du genre déjà mentionné qui permettent que la distance parcourue par rapport à l'eau ou à l'air soit déter- minée et exposée sous la forme d'une indication donnée par un instrument.
Un autre objet de l'invention est de prévoir des moyens sur un véhicule du genre auquel il a déjà été fait allusion, qui permettent qu'une mesure de la composante transversale de la vitesse ou dérivation due à un vent latéral soit faite et exposée sous la forme d'une indication donnée par un instrument.
En outre, l'invention vise un équipement par lequel la vitesse d'un vent ou d'un courant par rapport à cet équipement peut être déterminée et exposée par un instrument à lecture directe.
On sait, en physique, que le mouvement relatif d'une source de son ou d'un récepteur de son et d'un milieu véhiculant le son peut produire un changement de fréquence.
Ce phénomène est généralement connu sous le nom d'ef- fet Doppler, et quand la source de son et le récepteur de son sont tous deux montés l'une à côté de l'autre sur le même véhicule de façon que le son soit forcé de traverser le milieu à travers lequel ledit véhicule se meut, on peut s'attendre à des effets analogues à l'effet Doppler que le milieu soit de l'air ou de l'eau.
L'invention consiste en des moyens pour mesurer une mouvement relatif dans fluide et l'allure de/changement .. et comprend des moyens pour émettre un signal acoustique (ultra-sonore ou sonore) dans un courant du milieu ambiant, des moyens fixés dans ledit milieu à distance des moyens émet- teurs pour recevoir ledit signal acoustique, des moyens pour
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mesurer le laps de temps pria par ledit signal pour passer des- dits moyens émetteursauxdits moyens récepteurs et des moyens mesurés pour comparer lesdits laps de temps/avec le laps de temps pris par un signal pour parcourir ladite distance dans le milieu au repos.
L'invention peut être mise en pratique soit dans l'air soit dans l'eau et avec des pulsations ou trains d'ondes élec- triques ou avec des oscillations ondulatoires continues, la construction et la disposition des éléments particuliers d'un équipement étant conformes aux considérations de conception de la technique des communication ou de la technique des pulsations ou des deux et il doit être entendu que la description qui suit n'est donnée qu'à titre d'exemple.
Afin que la nature de l'invention puisse être mieux comprise, elle va être décrite en relation avec les dessins ci-annexés, référence étant faite aux différentes figures de ceux-ci et aux lettres marquées sur ces figures, les mêmes lettres se rapportant aux mêmes parties ou pièces dans les dif- férentes figures, parmi lesquelles:
La figure 1 est une vue schématique fragmentaire d'une coque de navire avec deux transducteurs, la fig. 2 est une vue similaire à la figure 1 mais montrant un émetteur et deux récepteurs; la fig.3 est un schéma montrant un loch à tube à rayons cathodiques; la fig. 4 est une représentation exagérée des traces dans le tube du loch de la figure 3; la fig.5 est une vue similaire à la fig.4 dans des conditions différentes; la fig.6 montre une variante de la fig.5;
la fig.7 est une vue schématique fragmentaire d'une coque munie d'une installation indiquant la vitesse et la dis- tance;
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la fig. 8 montre une variante de la figure 3 ; la fig. 9 montre une variante de la figure 2 ; la fig.10 montre une autre variante de la figure 3, pour la mise en oeuvre de la représentation de la fig.9, la fig.ll est un schéma montrànt un dispositif ac- tionné par des ondes continues; la fig.12 montre une variante de la figure .11.
Comme cela se trouve représenté schématiquement à la figure 1, a est la coque d'un navire, de sorte que le mi- lieu ambiant dans cet exemple doit être considéré comme étant l'eau, et b et c sont deux transducteurs électro-acou- stiques qui saillent à travers la coque a et sont disposés suivant une ligne droite 1-2 parallèle à l'axe longitudinal ou axe avant-arrière de la quille.
Si une impulsion acoustique est émise par un de ces transducteurs, par exemple b, quand la coque a est station- naire, le signal sera reçu par l'autre de la paire, c'est- à-dire c, après l'écoulement d'un laps de temps t qui dé- pend seulement de la distance s qui sépare les transducteurs et de la vitesse v du son dans l'eau. t = s /v ........
(1)
Toutefois, si la coque a avance, c'est-à-dire dans la direction de la flèche d, à une vitesse V, l'impulsion acoustique partant du transducteur b sera reçue par le tra.ns- ducteur c après l'écoulement d'un laps de temps .\1' plus court qu'avant t1 = s/ (v + V) .........(2) employé pour et le changement du laps de temps peut être mesurer la vitesse V de la coque a à travers l'eau sn le mouvement de l'eau ne elle-même ne change pas,c'est-à-dire (t - tl) - s v/v (v + V) (3)
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four éviter la nécessité de faire des mesures d'aussi petites différences en grandes quantités, les transducteurs b et c déjà, mentionnés peuvent être complétés par un troisième transducteur f, qui est placé sur.la même ligne droite que les deux autres, comme c'est représenté à la figure 2,
et il est évident que la vitesse V qui réduit le laps de temps que l'impulsion acoustique prend pour passer de l'émetteur b1 au récepteur suivant c1, c'est-à-dire de t à t1 allongera le lape de temps que ladite impulsion acoustique prend pour passer de l'émetteur bl au récepteur de tête f, c'est-à-dire de t à t2 de sorte que:
EMI5.1
t2 m 8/(V-V) .......f4) si les récepteurs cl et f sont équidistants de l'émetteur b1;
la valeur de la vitesse V étant obtenue enmesurant la différence t3 entre les temps d'arrivée de la pulsation acoustique aux récepteurs cl et f, c'est-à-dire t3 = t2 - t1 (5) et
EMI5.2
v = v t3 /(z t2 - t3) ....... fus)
Ce résultat est obtenu, dans la disposition représen- tée à la figure 3, par le circuit de déclenchement g qui met une base horaire h, connectée aux plaques opposées q et r du tube à rayons cathodiques à double faisceau m, en fonctionne- ment peu avant que ladite base horaire produise une impulsion partir du dispositif d'actionnement d'émetteur thermoionique j qui provoque l'émission d'une impulsion acoustique par l'émet- teur b1, les pulsations électriques dues aux signau reçus par c1 étant délivrées,
par l'entremise de l'amplificateur thermoio- nique k,à la plaque 1 du tube m, tandis que les impulsiona électriques dues aux signaux reçus par f sont fournies, par
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l'intermédiaire de l'amplificateur thermoionique n,à la plaque o du tube m pour produire deux traces telles que y et z,(voir fig.4 et 6).
Les traces y et z sont commandées toutes deux par la base horaire h de telle sorte que, quand la coque a est station- naire dans de l'eau immobile, les deux pointes y et z indi- quant la réception seront exactement l'une en face de l'autre comme c'est représenté à la figure 4, mais que lorsque la coque a avance (ou l'eau se meut en arrière par rapport à la coque a), la, pointe de réception y commandée par le rêcep- teur cl se déplace vers la pointe d'émission yl par-ce que le temps se réduit de t à tl,et en même temps la pointe de ré- ception z commandée par le récepteur f, s'éloigne de la pointe d'émission zl parce quele temps s'allonge de t à t2 comme c'est représenté à la figure b.
Comme les pointes d'émission y1 et z1 restent toujours exactement en face l'une de l'autre, l'espace x séparant les ordonnées des pointes yet z est une fonction de la vitesse à laquelle la coque a se déplace par rapport à l'eau et est mesuré au moyen d'une échelle coulissante dont le zéro peut être placé sur y afin de lire la distance entre y2 et z2 , et il est évident que plus la coque se déplace vite, plus cette distance devient grande/,
Pour éviter la nécessité de faire coulisser l'échelle et pour faire un meilleur usage du tube à rayons cathodiques m, étant t donné que l'espace x est petit comparé à la distance entre yl et y il est possible de disposer la base horaire de façon qu'elle commence à fonctionner au moment où le signal y2 est reçu,
disposant ainsi la seconde pointe z2 de la façon représentée à la figure 6, disposition qui, dans certains cas, obvie à la nécessité /3.de la trace inférieure y.
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Comme variante, si l'eau coule, les pointes seront dépla- cées proportionnellement quand la coque a est stationnaire et il faudra en tenir compte, mais, comme la coque a est ha- bituellement influencée par un tel courant, on obtiendra une lecture zéro quand la coque a dérive et n'est pas propulsée. comme l'espace x entre lesordonnées despointesy2 et z2 est directement proportionnel à la vitesse 7 du navire, on règle, en pratique, la longueur de l'échelle sur le tube à rayons cathodiques de façon qu'elle représente la vitesse maximum du navire;
par exemple, si
V = 20 noeuds (maximum) v - 1.5 x 105 cessée et s =1 mètre 11 résulte de l'équation 6 que t3 = 9.15 x 10-6 sec de sorte que l'échelle choisie doit être traversée dans ce temps, et à cette fin la vitesse de la base horaire doit être
1.67 x 106 cm/sec
Bans la variante représentée à la figure 8, une frac- tion du débit de 1'amplificateur. ker du récepteur suivant el est employée pour mettre la base horaire h en actipn et pro- voquer l'émission d'une pulsation acoustique, ce qui permet à la base horaire h d'être actionnée à vitesse élevée de façon à augmenter l'espace x entre les ordonnées des pointes y2 et z2 des signaux reçus.
Au lieu de fournir les débits des amplificateurs k et n à un tube à rayons cathodiques m comme c'est décrit plus haut avec référence aux figures 3,4,5 et 8, l'intervalle de temps entre deux signaux reçus, c'est-à-dire l'espace x à la figure 5, peut être converti en 'un courant constant'de cette durée par un régulateur de temps électronique tel que T
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comme représenté à la figure 7.
Ce courant sera proportionnel à la vitesse du navire, laquelle peut, par conséquent, être déterminée par la mesure de ce courant avec un ampèremètre A ayant une échelle graduée en /noeuds et, en outre, le courant peut être appliqué à un comp- teur de watt-heure intégrateur W du type général employé dans l'alimentation en électricité,pour montrer la distance parcou- rue.
L'équipement décrit plus haut peut être développé pour mesurer la composante transversale de vitesse ou ,-dériva- tion due à un vent latéral par la disposition d'autres récep- teurs f1 et f2 en travers du navire par rapport à l'émetteur bl comme cela se trouve représenté à la figure 9.
Comme cela est représenté à la figure lu, le tube rayons cathodiques m est complété par un second tube à rayons cathodiques ml commandé par une base horaire supplé- mentaire hl qui est mise en action par le circuit de déclen- chement g en même temps que la base horaire h de sorte que les plaques opposas q1 et rl connectées à la base horaire hl, en conjonction avec les plaques opposées 11 et ol ,ali- les mentées respectivement par/débits électriques des amplifica- teurs kl et nl exilés par les pulsations acoustiques amorçant les récepteurs fl et f, produisent des traces telles que s et sl.
Les quatre traces s,sl,y et z sont toutes commencées en même temps et juste avant qu'une impulsion acoustique soit émise par l'émetteur bl, de sorte que la première pointe de chaque trace est faite au même instant et indique l'émis- sion, la pointe de réception de chaque trace se produisant quand le récepteur conjugué est amorcé par une impulsion acoustique.
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mans l'autre variante représentée à la figure 11, l'oscillateur à ondes continues gl fournit de l'énergie au modulateur h2, provoquant ainsi l'émission d'un signal acoustique par l'émetteur bl, l'énergie partant du récep- teur suivant c1 étant employée, après amplification en k2,pour actionner ledit modulateur h2, de sorte que la fréquence de ladite modulation dépendra, de la vitesse de la coque a, qui peut être lue directement sur le fréquence- mètre m2 du type électronique ou du-modèle à disque d'enrayage;; et la distance parcourue peut être lue directement sur l'intégra teur m3 actionné par la.fréquence modulée.
En pratique, la constante d'intégration correspondant aux conditions de l'eau calme peut être équilibrée par l'em- ploi d'un oscillateur de référence tel qu'un creilleteur com-. mandé par un diapason ou un oscillateur à résistance, connus tous deux pour leur constance.
Comme variante,, l'oscillateur de référence peut être amené à fonctionner comme cela se trouve représenté à la figure 12, dans laquelle le récepteur f3 est disposé en face de l'émetteur bl de façon que la fréquence diminue avec l'aug- mentation de la vitesse, le fréquencemètre m et l'intégrateur 1 m3 étant, en pareil cas, actionnés par la différence de fré- quence entre les fréquences modulées des deux systèmes, com- pensant ainsi l'action de la température et et de la salinité et fournissant une indication instrumentale qui est seulement fonction de la vitesse du navire.
Dans l'exemple qui précède, référence a été faite a une modulation d'amplitude, mais il doit être entendu, qu'il est également possible d'employer une modulation de phase ou une modulation de fréquence.
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quoique l'invention ne dépende d'aucune dimension particulière quand le milieu ambiant est l'eau, on constatera que des résultats satisfaisants sont obtenus quand une dis- tance d'environ 1 mètre 'sépare les transducteurs b et c ou leur équivalent et/les signaux, dans un système actionné par des impulsions, ont une fréquence d'un mégacycle avec une durée d'environ cinq ondes, tandis que dans un système modu- lé une fréquence similaire,avec le même espacement, donnera une période de modulation correspondant à la durée de dépla- cement,pour cet espacement,
c'est-à-dire un quinze centième, de seconde par mètre.
EMI10.1
H V L lV.u 1l, T IUTIS
1. Moyens pour mesurer un mouvement relatif dans un milieu fluide et l'allure de son changement, comprenant des moyens pour émettre un signal acoustique (ultra-sonore ou sonore) dans un courant du milieu ambiant, des moyens fixés dans ledit milieu à une certaine distance des moyens émetteurs pour recevoir ledit signal acoustique, des moyens pour mesu- rer le temps pris par ledit signal pour passer desdits moyens émetteurs aux dits moyens récepteurs et des moyens pour com- parer lesdits temps mesurés avec le temps pris par un signal pour parcourir ladite distance dans ledit milieu au repos.
2. Moyens pour mesurer un mouvement relatif dans un milieu fluide et l'allure de son changement, selon la reven- dication 1,caractérisés en ce que le signal acoustique prove- nant des moyens émetteurs passe auxmoyens récepteurs dans la direction générale du courant du milieu ambiant, tandant ainsi à raccourcir le temps pris par ce signal-pour parcourir ladite distance dans ledit milieu au repos.
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