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Agencement pour l'indication à distance, spécialement au moyen de radio-signaux.
La présente invention concerne d'une manière générale un système pour indiquer la position relative de deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre. Bien que l'invention puisse recevoir un grand nombre d'applications, elle convient spécialement pour indiquer la position relative de deux or- ganes pouvant tourner l'un par rapport à l'autre et sera décrite à propos de ce cas.
On a proposé antérieurement de nombreuses dispositions pour indiquer par des moyens électriques la position relati- ve de deux organes pouvant tourner l'un par rapport à l'au- tre. Certaines des dispositions antérieures comprenaient un dispositif comportant un jeotor et un stator, l'un des deux ou tous les deux comprenant un enroulement à une seule phase ou des enroulements croisés, en un poste de transmission où sont situés des organes pouvant tourner l'un par rapport à
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l'autre, ainsi qu'un dispositif semblable en un poste ré- cepteur où la position des organes mobiles doit être indi- guée.
Dans les dispositions du type considéré, les signaux transmis au poste récepteur comprennent généralement deux ondes porteuses de la même fréquence mais modulées diffé- remment dans le système de couplage prévu au poste de trans- mission et en concordance avec le mouvement des organes mo- biles. Il peut toutefois être très peu désirable d'employer un appareil du type général considéré au poste récepteur.
Il peut par exemple être désirable de prévoir au récepteur un indicateur à tube à rayon cathodique qui est sensiblement exempt d'effets d'inertie.
Un autre type de système indicateur qui a:été proposé comprend effectivement un alternateur pour produire un débit polyphasé au poste transmetteur en même temps qu'un dispo- sitif approprié reproduisant le mouvement, tel qu'un tube à rayon cathodique, au poste récepteur. Dans un semblable sys- tème on fournit au poste récepteur des voltages qui peuvent être employés directement pour faire dévier le faisceau de rayon cathodique du tube indicateur. Dans un semblable sys- tème toutefois, la réponse dépend de la vitesse de rotation de l'alternateur au poste de transmission et ce fait est très indésirable dans certains cas.
La présente invention se rapporte à un système de signa- lisation à distance qui n'a pas les inconvénients mentionnés.
Conformément à la présente invention, un organe qui est mobile par rapport à un second organe, le second organe étant fixe ou mobile et le mouvement du premier organe mentionné étant l'objet d'indication à distance, est combiné à des moyens de couplage à impédance contenant un élément primaire et un élément secondaire pouvant tourner l'un par rapport à l'autre suivant le mouvement de cet organe.
Les moyens de couplage à impédance sont en connexion dans le circuit d'un oscillateur fournissant une fréquence qui est essentielle- ment plus élevée que la fréquence maxima avec laquellel'im-
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pédanoe des moyens de couplage à impédance peut varier, et les moyens de couplage à impédance sont de nature telle que la fréquence des oscillations créées dans l'oscillateur va- rie avec les changements dans l'impédance des moyens de cou- plage à impédance. On a prévu en outre des moyens pour indi- quer la position de l'organe mobile suivant la fréquence de l'oscillateur,qui est ainsi variable.
D'autres détails de l'invention résulteront de la des- oription qui suit.
Pour la meilleure compréhension de l'invention, on se reportera à la description qui suit prise conjointement avec les dessins annexés. Dans ces dessins, la fig. 1 est une re- présentation schématique d'un système suivant la présente invention pour indiquer la position relative de deux organes mobiles l'un par rapport à l'autre. La fig. 2 est un graphi- que utilisé pour l'explication du fonctionnement de l'inven- tion. La fig. 3 représente une indication de position du gen- re qui peut être obtenu dans le système de la fig. 1.
. Si l'on se reporte maintenant plus particulièrement à la fig. l, on voit qu'on a représenté les deux organes pou- vant tourner l'un par rapport à l'autre sous la forme d'un volant à main rotatif 10 et d'une plaque de cadran fixe 11 qui peut par exemple comprendre une partie d'un dispositif de commande (non représenté). Une aiguille 12 fixée à l'ar- bre du volant à main 10 pour tourner avec celui-ci, et la plaque de cadran 11 fournissent une indication locale de l'état du volant à main 10.
Le système d'indication à distance comprend des moyens de couplage à impédance, comportant dés éléments primaire et secondaire mobiles l'un par rapport à l'autre, dont la posi- tion relative détermine le couplage électrique entre eux.Ces moyens sont fournis par les éléments primaire et secondaire 15 et 16 respectivement, capables de tourner. L'élément se-
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condaire 16 tourne à l'intérieur de l'élément primaire 15 de telle façon que leur position relative détermine le sens et la grandeur du couplage électrique entre eux. Comme on l'a représenté, l'élément primaire 15 est fixe et couplé mé- caniquement effectivement à la plaque de cadran fixe 11.
Au contraire, l'élément secondaire 16 est couplé mécaniquement au volant à main 10 pour tourner avec celui-ci, par des- moyens tels qu'un arbre indiqué par la ligne en traits de chaînette 17; ce couplage est de préférence tel que l'élé- ment secondaire tourne en synchronisme avec le volant à main 10.
Le système indicateur de position comprend également des moyens de produire des oscillations d'une fréquence qui est beaucoup plus grande que la fréquence maxima effective de mouvement entre les organes 10 et 11. Ces moyens générateurs comprennent un générateur ou un oscillateur 20 de principe et de construction usuels. Comme on l'a représenté, l'oscil- lateur comprend un tube à vide 21 et un circuit déterminant la fréquence compris dans le circuit anode-cathode de ce tu- be, le circuit déterminant la fréquence étant composé d'ine combinaison en parallèle d'un condensateur 22 et d'un induc- teur 23.
L'un ou l'autre des éléments 22 ou 23, ou tous les deux,peuvent être réglables pour établir la fréquence de fonctionnement de l'oscillateur à une valeur déterminée désirée dans ses limites de fréquence de fonctionnement, le condensateur 22 étant représenté comme réglable dans ce but. Un voltage d'alimentation en retour de phase d'entrée pour entretenir les oscillations est fourni du circuit de dé- bit au circuit d'entrée de l'oscillateur au moyen d'un induc- teur 24, couplé à 1'inducteur 23 par l'intermédiaire d'une inductance mutuelle M.
La stabilité de fréquence de l'oscillateur décrit est obtenue par l'emploi d'une disposition automatique de comman- de'd'amplitude qui peut également être de construction usuel- le et renferme un redresseur 25 de commande automatique de @
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volume, couplé entre le circuit de débit de l'oscillateur et une électrode de commande de celui-ci. Le redresseur est amené à avoir une action de retardement d'amplitude par les sollicitations deretardement appliquées à la cathode de celui-ci à partir d'un réseau diviseur de voltage renfermant des résistanoes 27 et 28 eet la source de courant d'anode +B de l'oscillateur.
Le voltage de commande développé an travers d'une résistance 29 dans le circuit de charge du redresseur 25 est appliqué à une électrode de commande du tube 21 au moyen d'un filtre usuel à résistance et à capa- oitanoe.
Le système indicateur de position renferme en outre des moyens de faire varier la fréquence des oscillations produites en concordance avec le couplage électrique entre les éléments des moyens de couplage à impédance 15,16. A cet effet, on a prévu une disposition pour appliquer les oscillations produites à l'élément primaire 15 du dispositif décrit de couplage induotif, pour induire ainsi dans l'élé- ment secondaire 16 de celui-ci des oscillations ayant une amplitude modulée en concordance avec la position relative des organes 10 et 11. Cette disposition comprend un conden- sateur de couplage 26, un réseau 30, un répétiteur 38 et un transformateur 40, 41 en connexion entre le circuit de débit du tube 21 et l'élément primaire 15.
Des résistances en série 32e 33 et 34 et des condensateurs en dérivation 35, 36 et 37 du réseau 30, procurent un réseau de décalage de phase dans le circuit de couplage, dans un but qui sera dé- ,crit plus en détail dans la suite. La résistance 34 est va- riable pour régler le décalage de phase tandis que le con- densateur 48 est un condensateur de blocage de courant continu.
Le circuit d'entrée du répétiteur 38 est couplé au réseau 30 au moyen d'un diviseur de voltage 31 pour limiter ou commandèr l'amplitude des oscillations appliquées à l'élé- ment primaire 15. L'enroulement primaire 40 du transforma*-
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teur est compris dans le circuit de débit du répétiteur 38 et est accordé par un condensateur 42 de façon que le cou- rant passant par l'enroulement 40 ait une relation de phase sensiblement en quadrature par rapport au voltage appliqué au circuit d'entrée du répétiteur.
Les oscillations induites dans l'élément secondaire 16 sont appliqués au générateur 20 avec une phase telle qu'elles fo-nt varier la fréquence des oscillations produites en con- cordance avec la position relative des organes 10,11. Dans ce but l'élément secondaire 16 est couplé au circuit d'entrée du tube à vide 21 au moyen de boucles couplées induotivement 43 et 44 et d'un transformateur 45 et 46, l'enroulement se- condaire 46 de celui-ci étant accordé par un condensateur 47.
La boucle 43 est mise en rotation avec l'élément 16 comme l'indique la ligne en traits de chaînette 17, tandis que la boucle 44 est fixe. On voit immédiatement d'après les para- graphes qui précèdent qu'une seconde alimentation en retour des voltages est fournie pour l'oscillateur 20, ce trajet renfermant le dispositif à couplage inductif 15,16. Les constituants de ce trajet d'alimentation en retour sont de préférence disposés de façon que le voltage appliqué au moyen de ceux-ci au circuit d'entrée 21 possède une compo- sante sensiblement en quadrature de phase par rapport au vol- tage d'entrée réintroduit dans le circuit d'entrée du tube 21 par l'inducteur 24.
L'amplitude et la polarité de cette com- posante en quadrature de phase varient suivant la position relative les emérents 15 et 16 et par conséquent aussi sui- vant la position relative des organes 10 et 11.
Un second dispositif de couplage impédance, ayant sen- siblement la même construction que celui décrit ci-dessus, est incorporé dans le système pour fournir une indication synchrone du mouvement relatif des organes 10,11. Ce dispo- sitif supplémentaire de couplage à impédance comporte un élé- ment primaire stationnaire 50 et un élément secondaire 51, également couplé mécaniquement, comme l'indique la ligna en
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traits de chaînette 17, au volant à main 10 pour tourner avec celui-ci. Un oscillateur 52, qui peut d'une manière générale être semblable à l'oscillateur 20, est couplé au second dispositif de couplage à impédance d'une manière dé- crite à propos du couplage entre les éléments 15, 16 et 20.
Les oscillations produites sont utilisées pour provo- quer une indication à distance de la position relative des organes 10 et 11, au moyen d'un indicateur 55 comportant de préférence un tube usuel à rayon cathodique.
Bien que le canal entre le transmetteur et..le récepteur passe, dans la forme de réalisation représentée au dessin, par des conducteurs en fils, il est bienévident que les voltages créés peuvent âtre transmis sans fil à partir du transmetteur pour être reçu par le récepteur et être em- ployés pour une indication à distance. Les changements né- cessaires dans le système dans ce but apparaîtront immé- diatement t à toute personne du métier.
Les oscillations de l'oscillateur 20 sont donc utili- sées dans un canal à déviation verticale pour dériver des voltages en vue de faire dévier dans une direction verti- cale le faisceau de rayon cathodique du tube 55. Ce canal est pourvu d'un limitateur d'amplitudes 56, d'un détecteur 57 à modulation de fréquence et d'un amplificateur de dé- viation 58, reliés en cascade et couplés au circuit de, débit de l'oscillateur 20. Des voltages pour faire dévier le fais- ceau de rayon cathodique dans une direction horizontale sont dérivés des oscillations de l'oscillateur 52 dans un canal à déviation horizontale comprenant un limitateur d'am- plitude 59, un détecteur de modulation de fréquence 60 et un amplificateur de déviation 61, reliés en cascades au circuit de débit de l'oscillateur 52.
Des divisions d'échel- le correspondant aux graduations de la plaque de cadran 11 sont prévues sur l'écran 62 du tube pour faciliter l'obten- tion d'indications de position, corne le montre la fig. 3.
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Avant de considérer le fonctionnement du système décrit, il est désirable de se rapporter au réglage requis pour ob- tenir le fonctionnement le meilleur. Il est préférable en particulier de régler le système pour avoir les caractéris- tiques de fonctionnement représentées par les courbes de la fig. 2. Sur cette figure, les courbes A et B représentent les variations de fréquence des oscillateurs 20 et 52 res- pectivement, sous l'effet de la rotation du volant à main 10, si on suppose que les oscillateurs ont la même fréquence moyenne de fonctionnement fo. Il est évident que les fré- quences des oscillations produites sont modifiées suivant une fonction sinusoïdale de la rotation du volant à main 10 entre les valeurs limites de fo + Af.
La variation de fré- quence maixma f est déterminée par l'amplitude maxima des oscillations induites fournies:par les éléments secondaires 16 et 51 respectivement aux oscillateurs 20 et 52. Le divi- seur de voltage 31 est réglé de façon à limiter cette va- riation de fréquence maxima à une valeur déterminée désirée.
Supplémentairement, la @ résistance 34 du réseau 30 est réglée de façon appropriée pour amener les variations de fréquence des oscillations produites à être symétriques autour de la fréquence moyenne fo En d'autres termes, le réseau 30 est réglé pour compenser les décalages de phase non désirable qui peuvent être introduits dans le circuit d'alimentation en retour en quadrature de phase renfermant le répétiteur 38. Par exemple, la caractéristique de décala- ge de phase et de fréquence du circuit renfermant les moyens de,couplage à impédance 15, 16 sera en général trouvée non uniforme dans la portée de fréquence de fonctionnement de l'oscillateur associé, et en conséquence ce circuit tend de façon indésirable à décaler la phase des oscillations in- duites dans l'élément sec ndaire 16.
Pour un fonctionnement optimum, il faut donc la compensation procurée par le réseau 30. Bien qu'on ait mentionné seulement des réglages faits à l'oscillateur 20, il va de soi que dès réglages analogues @
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doivent être effectués dans l'oscillateur 52.
Il résulte également des courbes de la fig. 2 que pour le fonctionnement optimum, la modulation de l'oscillateur 20 a un déplacement de phase de 900 par rapport à la modu- lation de l'oscillateur 52. Pour obtenir ce résultat, les' éléments primaires 15 et 50 sont disposés dans le même plan ou dans des plans parallèles tandis que les éléments seoon- daires 16 et 51 sont disposés dans des plans perpendiculai- res l'un à l'autre. En outre, il est préférable d'orienter l'élément 51 par rapport au volant à main 10 de'façon qu'il y,ait un couplage électrique sensiblement nul entre les élé- ments 50 et 51 lorsque 1'aiguille 12 est en correspondance avec la marque zéro de calibrage du cadran 11.
Les moyens de couplage à impédance peuvent être disposés de cette manière moyennant une liaison réglable des éléments 16 et 51 avec des moyens de couplage mécaniques '17 d'une façon usuelle.
Avec les moyens de couplage à impédance réglés comme on l'a décrit, l'éohelle associée à l'écran du tube 55 peut être orientée convenablement par rapport à l'aiguille 12.En par- ticulier, la marque zéro de calibrage de l'échelle doit être placée au sommet de l'écran, comme le montre la fig. 3.
Pour considérer le fonctionnement du système indicateur de position on supposera que le système a été réglé de la manière mentionnée ci-dessus. Pour l'état supposé, il est évident que la position relative instantanée des organes 10 et 11 détermine la position relative instantanée et le couplage électrique entre les éléments primaire et secon- daire de chaeun des moyens de couplage à impédance. Ce cou- plage électrique détermine à son tour la grandeur et la po- larité du voltage d'alimentation en retour en quadrature de phase appliquée à chaque oscillateur et, d'une manière semblable au fonctionnement du tube à réactance bien connu, détermine la fréquence de fonctionnement instantanée des
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oscillateurs 20 et 52.
Les oscillations produites sont uti- lisées dans lés canaux de déviation horizontale et verticale du tube 55 pour dériver d'une manière usuelle les voltages de déviation horizontale et verticale pour le faisceau de rayon cathodique du tube, lesquels voltages ont une ran- deur et une polarité déterminées par la fréquence des oscil- lations converties. Ces voltages font dévier le faisceau vers une position, par rapport aux divisions de l'échelle de l'écran du tube 55, qui correspond à la position de l'ai- guille 12 par rapport aux divisions de l'échelle de la pla- que de cadran 11.
Le fonctionnement du système peut être mieux compris si on considère l'indication produite sur l'écran du tube 55 pour une position spéciale de l'aiguille 12. On supposera par exemple que l'aiguille est dans la position représentée à la fig. 1 où elle est déplacée d'une position de référence ou de zéro d'un angle 01 Les fréquences des oscillations produites par les unités 20 et 52, pour cet état, sont indi- quées par les intersections de la ligne d'ordonnée 01 de la fig. 2 avec les courbes A et B respectivement. Un poten- tiel positif à une seule direction est développé dans le ca- nal à déviation horizontale et un potentiel négatif à une seule direction est développé dans le canal de déviation ver- ticale sous l'effet de ces oscillations produites.
Ces vol- tages font dévier le faisceau de rayon cathodique du tube 55 pour produire une indication, sur l'écran de celui-ci, qui représente la position prise par l'aiguille 12; cette indi- cation est représentée en P à la fig. 3.
Si on le désire, on peut prévoir un agencement de com- mande pour exciter le faisceau de rayon cathodique du tube 55 seulement lorsqu'une indication de position doit être obtenue. Une semblable disposition évite les détériorations causées à l'écran par la concentration du faisceau de.celui- ci à un endroit donné pendant une période prolongée.
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Il est évident que si le volant à main 10 est mis en rotation continûment à une vitesse constante, des moyens détecteurs prévus dans les canaux de déviation horizontale et verticale dérivent .des potentiels pulsatoires ayant une forme d'onde sinusoïdale et un déplacement de phase de 909.
Comme c'est bien connu, de semblables voltages de déviation feront tracer par le faisceau du tube 55 un trajet circu- laire en synchronisme avec la rotation dé l'organe 10.Si le tube à rayon cathodique possède un écran à longue persis- tance, un dessin circulaire sera produit sur celui-ci pour indiquer le trajet de mouvement de l'organe 10. Lorsqu'une indication spéciale de position estrequise dans un disposi- tif renfermant un organe en rotation continue, il est né- cessaire de commander le fonctionnement du dispositif indica- teur à des intervalles qui sont longs par rapport à la per- sistance de l'écran. On peut accomplir ceci par exemple en modulant l'intensité du faisceau de rayon cathodique du tube 55 à des intervalles correspondants à des positions déter- minées de l'organe rotatif.
Différents facteurs contribuent à faire en sorte que le système décrit, indicateur de position possède un degré éle- vé de stabilité. D'abord, l'agencement de commande automa- tique d'amplitude des générateurs d'oscillations maintient l'amplitude des osoillations produites constante. Pour cet'-' te raison, la composante d'alimentation en retour de phase d'entrée est maintenue à une valeur constante. En outre, chaque générateur d'oscillation a sa fréquence moyenne de fonctionnement fcpour deux positions du dispositif de cou- plage à induction associé 'à celui-ci, ces positions étant espacées de 180 de rotation et correspondant aux positions des éléments primaires et secondaires lorsqu'il y a entre eux un couplage électrique sensiblement nul.
Bien que l'invention ait été décrite dans ses rapports avec deux organes rotatifs l'un par rapport à l'antre 10 et 11, il doit être bien entendu que le système est aussi bien
EMI11.1
applicable pour produire une indication de la position/gala-
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.live de deux crânes ayant un autre mode de mouvement. Pour la forme de réalisation préférée, il est seulement nécessaire de coupler mécaniquement l'élément primaire ou secondaire de chacun des moyens de couplage à impédance à l'un des or- ganes mobiles de façon que l'élément choisi tourne sous l'ef- fet du mouvement relatif de l'organe mobile.
Lorsque par exem- ple les organes mobiles ont un trajet de mouvement relative- ment linéaire, un agencement de crémaillère et de pignon peut être utilisé pour transformer ce mouvement en un mouve- ment de rotation.
Bien que les générateurs d'oscillations 20 et 52, dans la forme de réalisation préférée de l'invention, aient la même fréquence moyenne de fonctionnement, il va de soi que ceci n'est pas une condition nécessaire. Si on le désire, les oscillateurs peuvent avoir des fréquences de fonctionnement largement séparées, ce qui est plus spécialement favorable lorsque l'indication à distance est transmise par radio. Il est en outre évident que bien que la disposition de circuit représentée pour ces générateurs convienne particulièrement pour le fonctionnement dans les limites d'audio-fréquence et avec transmission par fils des signaux, d'autres dispositions peuvent être utilisées telles que celles établies pour le fonctionnement dans des limites de haute fréquence, les si- gnaux étant transmis par radio.
Il est en outre évident que lorsque les signaux sont transmis au moyen de fibs, il peut être approprié d'employer des fréquences dans les limites d'audio-fréquence mais d'employer les fréquences essentielle- ment plus élevées dans des limites de radio-fréquence lorsque les signaux sont transmis par radio. Il est toutefois possi- ble également d'employer les signaux dans des limites d'audio- fréquence en cas de transmission par radio, les signaux étant alors super-modulés sur une onde porteuse commune de radio- fréquence. Celle-ci peut être transmise au récepteur par ra- dio ou par une ligne de transmission à haute fréquence d'une manière bien connue en téléphonie.
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Bien que l'invention ait été décrite ci-dessus en cor- rélation avec une forme spéciale d'exécution il est évident que différentes modifications peuvent être apportées sans qu'on sorte du cadre de l'invention et que la protection ne doit pas être limitée à cette forme d'exécution.
R e v e n d i c a ions.
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1/ Système d'indication à distance, de préférence au moyen de signaux sans fil, pour indiquer la position d'un premier organe par rapport à un second organe, caractérisé en-ce que l'organe mobile est combiné mécaniquement à un dispositif de couplage à impédance, contenant un élément primaire et un élément secondaire, pouvant tourner l'un par rapport à l'autre suivant le mouvement de ces organes, le dispositif de couplage à impédance étant mis en connexion de telle manière dans le circuit d'un oscillateur fournissant une fréquence qui est essentiellement plus élevée que la fréquence maxima avec laquelle l'impédance des moyens de couplage à impédance peut varier, que la fréquence.
des os- cillations créées dans l'oscillateur varie aveo les change- ments de l'impédance des moyens de couplage à impédance, et en ce que des moyens sont prévus pour indiquer la position de l'organe mobile sous la dépendance de la fréquence d'os- cillateur qui est ainsi variable.