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PERFECTIONNEMENTS AUX COMPTEURS ELECTRIQUES.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux compteurs électriques et, en particulier, à des systèmes de détermination d'un nombre de cycles d'une onde périodique se pro- duisant à des intervalles de temps prédéterminés, par exemple, de détermination de la fréquence d'une onde ou du nombre d'impulsions se produisant au cours d'une période prédéterminée, ou de la fré- quence de récurrence d'une série , ou d'un train d'impulsions.
Les dispositions conformes à l'invention procurent une gran- de précision de mesure et elles peuvent être utilisées, par exemple pour la mesure de la fréquence des notes d'un instrument de musique!.
Dans les systèmes connus du type ci-dessus spécifié, des dispositifs de déclenchement à double stabilité, par exemple du type du montage multivibrateur disposés pour présenter deux condi- tions de stabilité, ont été utilisés, chaque étage divisant la fré- quence par deux. Un grand nombre de dispositifs à tubes électro- niques est ainsi nécessaire et la transformation de l'indication
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finale à une échelle décimale n'est pas aisée.
L'invention a notamment pour but la constitution de systèmes perfectionnés comportant un nombre de tubes électroniques inférieur à celui des dispositifs connus destinés à compter le nombre de cycles ou d'impulsions se produisant dans une période de temps prédéterminée. Elle a également pour but une disposition des dits systèmes telle que l'indication qu'ils fournissent soit directement à une échelle décimale.
Le terme de " cycles" employé au cours de la présente des- cription devra être considéré comme comprenant les impulsions et le terme Il d'onde inconnue" désigne l'onde dont le nombre de cycles ou d'impulsions est à mesurer. Par suite, grâce à la détermination ou au comptage du nombre de cycles d'une onde dans un intervalle de temps connu, on peut déterminer la fréquencede la diteonde ou la. fréquence de récurrence d'un train d'impulsions.
L'invention envisage ainsi des dispositifs destinés à déter- miner le nombre de cycles d'une onde à. récurrence au cours d'un intervalle de temps prédéterminé. Dans ces dispositifs, la, dite onde de/ onde à récurrence et une/fréquence connue subissent plusieurs étages de division de fréquence et, après une division de fréquence convenable, on compare, à la fin d'un interva.lle connu de temps, les phases des ondes de sortie.
Dans la mise en pratique de l'invention, il est commode que chaque étage diviseur divise la fréquence par un multiple décimal, de telle sorte que les indications finales de comparaison de phase soient rapportées à une échelle du système décimal.
Conformément à un autre de ses aspects, l'invention prévoit des dispositifs destinés à déterminer la fréquence de récurrence d'une onde, comportant des moyens de détermination de la fréquence- différence entre la dite fréquence et celle d'une onde à fréquence connue.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, on ob- tient la fréquence-somme ou la fréquence-différence de l'onde in- onde/ connue et d'une/à fréquence connue. La dite fréquence-somme ou la
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dite fréquence-différence et la fréquence connue sont soumises à une division de fréquence par étages, chaque étage divisant par dix, après quoi l'on compare les phases des ondes de sortie d'étages cor- respondants, par exemple au moyen d'oscillographes à faisceau catho- dique, à la fin d'un intervalle de temps, par exemple, d'un dixième de seconde. Les indications des oscillographes donnent alors direc- tement la différence du nombre de cycles produit dans cet intervalle par la fréquence-somme, ou la fréquence-différence et par la fré- quence connue.
Cette différence de nombre de cycles constitue la fréquence inconnue et, comme l'intervalle de temps est d'un dixième de seconde, on peut lire directement sur les oscillographes la fré- quence de récurrence de l'onde inconnue.
On remarquera qu'à la fin de la période prédéterminée, le comptage cesse et que l'onde inconnue ne traverse plus l'appareil compteur. Par suite, après une courte période, les indications sur l'écran de l'oscillographe à faisceau cathodique disparaîtraient.
Il est donc à désirer de disposer de moyens derétention des indica- tions à la position qu'ils occupent à la fin du dit intervalle de temps. Conformément à l'une des caractéristiques de l'invention, on y parvient en appliquant au compteur, sur le trajet de l'onde in- connue, ou de la fréquence-somme une fréquenc e-différence, à la fin du dit intervalle de temps, la fréquence qui est ajoutée à l'onde inconnue pour produire la dite fréquence-somme, ou fréquence-diffé- rence. Il n'y a plus alors de différence de fréquenceentre les ondes des deux trains appliqués aux diviseurs et les énergies de sor. tie des étages correspondants des trains de diviseurs sont en rela- tion de phase constante, ce qui maintient les indicateurs tels qu'ils étaient à la fin du dit intervalle de temps.
On remarquera en outre que la fréquence connue peut en fait n'être pas connue, puisque, selon la disposition préférée,cette fré- quence connue n'a pas d'influence sur le résultat final qui fournit la fréquence-différence entre la fréquence connue et la fréquence- somme, ou la fréquence-différence, obtenues à l'origine au moyen des fréquences connue et inconnue.
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L'invention sera, mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée qui suit qui en représente schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation.
La figure 1 représente symboliquement, à l'aide de rectangles, l'application du principe de l'invention.
La figure 2 représente, de la même manière, le mode de réali- sation préféré de la dite invention.
La figure 3 représente le montage d'un commutateur électroni- que faisant partie du montage de la figure 2.
A la figure 1, deux trains de diviseursde fréquence connec- tés en cascade sont représentés par les blocs D.ll ....D.14 et D.21 ...D.24. Chaque diviseur D. 12 ...D.14 et D.22... D.24 est alimenté par le diviseur précédent du train et établi de manière à diviser la fréquence qui lui est appliquée par dix, mais tout autre facteur peut être employé, le facteur dix ayant l'avantage de donner direc- tement une indication exprimée suivant le système décimal. Le pre- mier diviseur du train D.ll ...D.14 est alimenté par la source de signal dont la fréquence est à déterminer, ou bien, le signal peut être constitué par un train d'ondes reçues, ou d'impulsions élec- triques et le nombre de cycles, ou d'impulsions, dont le train est à déterminer.
Le cercle S représente ainsi de façon générale, une source quelconque. L'autre train de diviseurs D. 21 ... D.24 est alimenté par un générateur d'oscillations représenté en G. Si l'on suppose que la source de signal a une fréquence de récurrence de 500-530 Kc (kilocycles par seconde) le générateur G peut alors pro- duire une fréquence de, par exemple, 500 Kc et, de préférence, il est stabilisé de manière à ce qu'on obtienne une indication constan- te sur les indicateurs. P1.P2. P3. P4 sont des phasemètres, qui peuvent prendre, par exemple, la forme d'oscillographes cathodiques et servent à comparer les phases des ondes entre les sorties des étages correspondants D.ll, D.21; D.12. D. 22, etc...
E1 désigne un commutateur qui peut connecter, soit la source de signal S, soit le générateur G, aux diviseurs D.ll ... D.14. E2 désigne un commuta- teur servant à relier la source G au train de diviseurs D. 21 -D. 24.
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E1 et E2sont disposés de manière à connecter S à D.11 et G à D.21. au même instant.
Si l'on suppose que le commutateur E1 est actionné de manière à connecter la source de signal S au train de diviseurs D.11 ...
D.14 et que E2 est actionné au même instant pour connecter le géné- rateur G au second train de diviseurs D. 21 ... D.24, l'onde ayant la plus grande fréquence avancera en phase sur l'autre onde, de sorte que les phasemètres P1 ... P4 avanceront continuellement, tournant à la vitesse de F cycles, où F est la fréquence-différence entre les ondes appliquées à partir de S et de G.
A la fin d'une période de temps prédéterminée ou connue, on manoeuvre le commutateur E1 de manière à déconnecter la source S du train D.11 - D.14, et à'connecter le générateur G au dit train, E2 restant fermé. Il y a alors une relation de phase constante entre les énergies de sortie de D.11 et D.21 ; et D.22 ; D.13 et D. 23, et D.14 et D. 24, et les oscillographes cathodiques conti- nuent à présenter les mêmes indications qu'à l'instant de l'inver- sion du commutateur E1.
La fréquence de S peut être la fréquence-somme ou la fréquen- ce-différence de l'onde inconnue et de l'onde de sortie du généra- teur G. Dans ce cas, les indicateurs P1 - P4 qui indiquent la fréquence-différence entre les ondes de S et de G, donneront direc- tement la fréquence de l'onde inconnue , ou le nombre de cycles de la dite onde qui se sont produits depuis que S est connecté aux diviseurs de fréquence D.11 - D. 14.
Quand la lecture désirée a été obtenue, on ouvre les commuta- teurs E1. E2 et les diviseurs sont tous ramenés à l'état de repos, prêts pour la prochaine mesure.
Il est à noter que, comme chaque étage diviseur de fréquence divise par dix, des déviations de 36 de l'indicateur phasemètre P4 correspondent à 1.000 cycles. De même, 36 de P3 correspondent à 100 cycles, 36 de P2 à dix cycles et, sur P1 à 1 cycle. Ainsi, en utilisant quatre étages de division, on a la possibilité de lec- ture jusqu'à 9. 999 cycles. Pour des lectures d'ordre plus élevé,
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on peut ajouter des étages additionnels . Quand on cherche la fré- quence de l'onde inconnue, le dit intervalle de temps peut commodé- ment être d'un dixième de seconde, ou même d'une seconde.
Dans un mode de réalisation pratique tel que celui décrit ci-après, les commutateurs E1 et E2 prennent la forme de commutateur: électroniques, de telle sorte que l'inversion de S à G est instan- tanée.
Chacun des diviseurs de fréquence peut être constitué sui- vant toute disposition bien connue, par exemple une paire de triodes ou un tube multigrille connecté en relais à relaxation, ou toute autre disposition de montage multivibrateur comportant une condition de stabilité et une constante de temps convenant pour effectuer la division par le diviseur désiré, dix. Comme de tels systèmes divi- seurs fonctionnent d'ordinaire sous la commande d'impulsions élec- triques, un générateur d'impulsions peut être intercalé entre le générateur G et les trains de diviseurs, et le signal S peut égale- ment commander un générateur d'impulsions, à moins que le dit signal S ne soit lui-même un train d'impulsions.
Un tel générateur d'im- pulsions peut être constitué par exemple, par un limiteur d'ampli- tude, produisant une onde de forme rectangulaire, et par un réseau différenciateur alimenté par la sortie du limiteur d'amplitude. Les impulsions différenciées positives ou négatives, sont éliminées au moyen d'un dispositif redresseur et les impulsions restantes comman- dent les diviseurs.
Des formes convenables d'indicateurs de phase peuvent être constituées par de petits oscillographes à faisceau cathodique, tels que celui indiqué en P4à la figure2, mais oh comprendra que P1...
P3 peuvent également être constitués par des indicateurs de ce type.
L'énergie de sortie de l'un des diviseurs d'une paire de diviseurs, par exemple de D.14, qui a la plus grande fréquence de la paire D.14 -D.24, est appliquée, à travers un filtre représenté par le rectangle 1, de manière à produire des ondes sinusoïdales, qui tra- versent un système diviseur de phase, représenté par le rectangle 2, de manière à produire deux ondes en quadra,teurs, qui sont appliquées
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aux organes déviateurs octogonaux, l'un par rapport à l'autre, du tube cathodique. Ces organes ont été représentés sous forme de paires de plaques déviatrices 3, 5 et 4,6 . On donne ainsi au fais- ceau de l'oscillographe un mouvement d'exploration circulaire.
Il est appliqué, à partir de la sortie de l'autre diviseur D.24 de la paire, une impulsion à la grille de commande d'intensité 7 de l'os- cillographe. Dans ce but, l'énergie de sortie de D. 24 peut être appliquée à un circuit différenciateur, représenté par le rectangle 8, et les brèves impulsions qui correspondent aux flancs avant et arrière de l'onde de sortie de D. 24 sont appliquées à la grille de commande 7, de façon telle que les impulsions correspondant au flanc avant ne rendent visible la trace du faisceau électronique. qu'à l'in- stant d'application de l'impulsion à 7.
Selon une variante, l'im- pulsion peut produire une tache sombre sur une trace brillante,comme bien connu. En pratique, il se peut que les diviseurs aient un rap- port temps de fonctionnement-temps d'arrêt élevé, auquel cas l'im- pulsion de sortie du diviseur D.24 peut être suffisamment courte, sans différenciation.
L'indication de phase ainsi obtenue est un spot qui tourne d'angles correspondants aux phases relatives des ondes de sortie des paires de diviseurs.
Les systèmes commutateurs électroniques qui accomplissent la fonction du commutateur E1, figure 1, vont maintenant être décrits, avec référence à la figure 2, sur laquelle les mêmes références dé- signent les mêmes organes qu'à la figure 1.
Quand les diviseurs divisent par dix, la bande de fréquence d'entrée ne peut atteindre 10%, sinon la division par 9', ou par 11, commencerait. Pour cette raison, on emploie un changeur de fréquence pour amener la fréquence inconnue à l'intérieur de la bande de fonc- tionnement. L'utilisation du dit changeur de fréquence présente l'avantage que les oscillographes cathodiques peuvent donner une indication directe du nombre de cycles, ou d'impulsions, contenus dans l'onde inconnue, représentée par le rectangle S, dans un inter- valle de temps spécifié. Le changeur de fréquence est représenté
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par le rectangle C et il est alimenté par le signal inconnu et par l'onde de sortie du générateur d'oscillations stables G.
Le commutateur électronique qui accomplit la fonction du com- mutateur E1 (figure 1), comprend les circuits-portes, représentés par les rectangles G.11 et G.12 dont les détails sont indiqués à la figure 3. Les dits circuits-portes s'ouvrent ou se ferment sous la commande des ondes à forme rectangulaire résultant de l'inversion de l'énergie de sortie du montage multivibrateur représenté par le rectangle M1. L'onde appliquée à G.11 est inversée par rapport à celle appliquée à G.12, de telle sorte que, quand @.Il estouvert, G.12 est fermé et vice-versa.
L'énergie de sortie du changeur de fréquence C est appliquée, à travers un filtre représenté par le rectangle F, établi de manière à laisser passer la fréquence-somme résultant de la combinaison de la fréquence de signal, ou fréquence inconnue Fs et de la fréquence du générateur Fg et du circuit-porte G.11, au train de diviseurs D.11 ... D.14. L'énergie de sortie de l'oscillateur stable G est appliquée, à travers le circuit-porte G.12 au train de diviseurs D.11 ...D.14. Comme représenté aux des- sins, la fréquence Fg du générateur G est appliquée au circuit-porte G.12 à travers le circuit-porte G. 2, qui commande l'application de la fréquence Eg au train de diviseurs D. 21 ...D.24. Le circuit-porte G2 correspond au commutateur E2 (figure 1) et il s'ouvre ou se ferme suivant la commande du circuit multivibrateur représenté par le rectangle M2.
Les circuits-portes G.11, G. 12 et G.2 peuvent consister, par exemple, en un tube pentode , dont la grille de rejet est normale- ment polarisée négativement au moyen d'un circuit de déclenchement à double stabilité M1 ou M2. Le montage d'un tel dispositif est représenté à la figure 3. Le circuit de déclenchement comprend deux tubes électroniques 9,10 disposés de manière à présenter deux condi- tions de stabilité. Normalement, le courant passe dans le tube 10 et produit une polarisation négative pour la grille de rejet du tube pentode 11. La polarisation négative est convenablement empruntée à la grille du tube 9. Il n'y a pas de courant de plaque dans le
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tube9.
Quand une impulsion, ci-après dénommée sous le nom d'impul- sion de déclenchement et supposée positive, est appliquée à la borne SP1, elle est appliquée aux grilles des tubes 9 de chacun des cir- cuits M1 et M2. Les circuits M1 et Misent déclenchés de manière à revenir à leur autre état pour lequel aucun courant ne passe dans le tube 10 et la polarisation est supprimée sur la grille de rejet du tube 11, ce qui permet aux oscillations de passer du générateur G au train de diviseurs D.21,... D. 24 et à l'onde de signal, ou onde inconnue S, après changement de fréquence et filtrage en C et en F, de passer au train de diviseurs D.11 ... D.14.
A ce moment, on se rappelle que le circuit-porte G.12 est fermé. A la fin du temps spécifié, une impulsion d'arrêt est appli- quée à la borne SP2 et, si l'on suppose qu'une impulsion positive est appliquée à la grille de commande du tube 10, le circuit de: déclenchement M1 change de position, fermant la porte G.11 et ou- vrant la porte G.12. Si, selon une variante, on établit le circuit de déclenchement M1 de manière à ce qu'il présente une condition de stabilité et une constante de temps telles que le circuit reste dans sa condition d'instabilité, pendant un dixième de seconde, ou tout autre temps spécifié, Ml change automatiquement de position, fermant la porte G.11 et ouvrant la porte G.12.
Le début et la fin d'un train de signal peuvent être employés à la production, l'un, de l'impulsion de départ et l'autre, de l'im- pulsion d'arrêt destinées à inverser les positions des circuits G.11 et G. 12, comme il est clair pour l'homme de l'art.
Quand G. 12 est ouvert, les oscillations de G sont appliquées au train de diviseurs D.11 ... D.14, à travers le circuit-porte G.2, ce qui a pour résistât, comme expliqué plus haut, de maintenir les indications des oscillographes cathodiques à la position qu'elles occupent à la fin du temps spécifié, et le renseignement désiré être/ peut alors/obtenu directement sur l'écran de l'oscillographe.
Les impulsions de départ et d'arrêt ont été supposées consti- tuées par des impulsions positives, mais on comprendra que des im- pulsions négatives peuvent également bien être employées et appli-
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quées en des points appropriés des montages multivibrateurs, pour remplir les fonctions désirées.,
En pratique, la fréquence de l'onde de signal inconnue S peut être, par exemple, de 5 à 30 kilocycles par seconde. La fré- quence Fg du générateur peut alors commodément être fixée à 500 Kilocycles par seconde.
On remarquera que l'impulsion de départ ouvre les portes G.11 et G.2 simultanément de telle sorte que les trains de diviseurs commencent à fonctionner au même instant et que l'impulsion d'arrêt n'a pas d'effet sur le fonctionnement de G.2, mais inverse seule- ment les positions de G.11 et de G.12, c'est-à-dire ferme G.11 et ouvre G.12.
On comprendra que les diviseurs D.11 ... D.14 et D.21 ...
D. 24 sont établis de manière à fonctionner à des fréquences d'un ordre spécifique. Selon le mode de réalisation désiré, cet ordre est de 500 kilocycles seconde et le filtre F est établi pour lais- ser passer des fréquences de cet ordre. Les diviseurs de fréquence du type multivibrateur sont susceptibles de diviser par d'autres diviseurs que 10, lorsque des fréquences convenables leur sont ap- pliquées. Par exemple, un tel diviseur établi pour diviser par 10 pour une fréquence appliquée de l'ordre de 500 kilocycles, divisera par 9 pour une fréquence de l'ordre de 50 x 9 = 450 kilocycles, ou par 8 quand la fréquence appliquée sera de 50 x8 = 400 kilocycles.
Par suite, il est possible d'ajuster les fréquences de façon telle que D.11 divise par 9, ou par quelque autre diviseur, alors que les autres diviseurs continuent à diviser par 10. Par exemple, la fré- quence Fg du générateur G est telle qu'elle permet aux diviseurs D.21 ... D.24 de diviser par dix. Pour que D.11 divise par neuf, ou par dix, la fréquence appliquée doit être de l'ordre Fg' dans le cas de la division par 10, et de l'ordre 9/10 Fg dans le cas de la division par 9. La fréquence de sortie de D.11 sera alors du même ordre, que la division ait lieu par 9 ou par 10 et les autres diviseurs D.12 ... D.14 continueront à diviser par 10. Le filtre F
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doit être convenablement établi pour laisser passer la fréquence désirée .
Lorsqu'on appliquera Fg à D.11? pour maintenir les lectu- res de l'indicateur telles qu'elles sont à la fin de l'application de la fréquence inconnue, il n'y aura pratiquement pas de changement de la dite indication.
Conformément à un mode de réalisation pratique de cette va- riante , la disposition représentée à la figure 2 est établie pour compter des fréquences de l'ordre de 25 kilocycles/seconde. Dans ce but la fréquence du générateur d'oscillations G est fixée à 25 x 10 = 250 Kc s. Si alors le signal inconnu a une fréquence située, par exemple, entre 20 et 30 Kc s, le chargeur de fréquence G donnera à sa sortie, les fréquences 220-230 Kc s et 270-280 Kc s. Le filtre F peut être établi pour laisser passer l'une ou l'autre de ces ban- des. Dans le premier cas, si le filtre laisse passer 220-230 Kc s le diviseur D.11 divisera par 9, et, dans le second cas, si le fil- tre laisse passer 270-280 Kc s, le diviseur D.11 divisera par 11.
Dans l'un ou l'autre cas, on remarquera que l'énergie de sortie sera à une fréquence du même ordre,, c'est-à-dire de l'ordre de 25 Kc/s.
Les oscillographes à faisceau cathodique sont étalonnés en utilisant, comme onde inconnue, une fréquence d'exactement 25 Kc/s.
En d'autres termes, si l'intervalle de cadencement est d'un dixième de seconde, les 2.500 périodes passeront à travers les compteurs , qui donneront l'indication 2.500. Par suite ;
Le déphasage 0 entre D.11 et D.21 sera étalonné 0
Le déphasage 0 entre D. 12 et D.22 sera étalonné 0
Le déphasage 0 entre D.13 et D. 23 sera étalonné 5
Le déphasage 0 entre D.14 et D. 24 sera étalonné 2.
Le fonctionnement complet du système représenté à la figure 2 pour une fréquence "inconnue" constante à 25 Kc/s ne causera aucun déplacement du réglage de déphasage 0. On s'en rend compte en vertu de ce que la fréquence de sortie du chargeur de fréquence G est 250- 25 = 225 Kc s, ce qui, appliqué à D.11 qui divise par 9, donne une fréquence de 25 Kc s. En même temps, la fréquence de 250 Kc/s est appliquée à D.21, qui divise par 10 et donne, dans son circuit de
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sortie, une fréquence de 25 Kc s et aucun des indicateurs de phase ne sera déplacé de son indication de zéro. Ces indications, suivant l'étalonnage, doivent se lire, de droite à gauche, 2,5, 0 et 0.
Si la fréquence inconnue est instable et oscille autour de 25 Kc s, la variation de fréquence causera, à la sortie des paires correspondantes d'étages diviseurs, des variations de phase pendant l'intervalle de temps spécifié, mais les indications finales, sur les phasemètres Pl ... P4, seront, approximativement, sinon exacte- ment, 2, 5, 0, 0.
Les ondes inconnues de fréquences supérieures ou inférieur es à 25 Kc/s causeront une rotation de phase positive ou négative et, en tous cas, le chiffre final enregistré sur les phasemètres P1 ...
P4 sera une mesure exacte du nombre de cycles de signal qui ont lieu pendant l'intervalle de temps spécifié d'application de l'onde in- connue.
Bien que, dans la description ci-dessus, on y fait mention de certaines fréquences particulières, on comprendra que les dites fréquences n'ont été données qu'à titre d'exemple et que l'invention ne leur est aucunement limitée.