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BELL TELEPHONE MANUFACTURING COMPANY PERFECTIONNEMENTS AUX APPAREILS DE MESURE DE LA DUREE
DE SIGNAUX OU D'IMPULSIONS ELECTRIQUES.
La présente invention se rapporte à des perfeotionne- ments aux appareils de mesure de la durée de signaux ou d'impul- sions éleotriques. Les impulsions de signalisation sont utili- sées en télégraphie et dans la détection des obstacles à l'aide de radiation électro-magnétique et il est souvent nécessaire de connaître avec une grande exactitude la durée d'une impulsion.
Pour mesurer cette durée, on peut reproduire le'signal sur l'é- cran d'un tube à faisceau cathodique et il est bien connu de me- surer la durée du signal d'après la trace sur l'écran dudit tube, si l'on suppose que le balayage et sa vitesse sont uniformes.
Toutefois, oette méthode présente, en pratique, des difficultés considérables, car il est très difficile d'obtenir une vitesse de balayage constante, principalement si le signal lui-même a une variation d'amplitude considérable et il est également dif- ficile d'effectuer un étalonnage de vitesse du balayage.
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Conformément à certaines caractéristiques de l'inven- tion, il est prévu des moyens d'obtention, sur l'écran d'un tube cathodique, de la trace d'une impulsion de signalisation et des moyens de superposition à ladite trace de la trace d'une impul- sion obtenue de la première, après un intervalle de temps mesu- rable.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante et à l'examen des dessine joints qui en re- présentent schématiquement, à titre d'exemples non limitatifs, quelques modes de réalisation.
Les figures la, Ib, le, 2a, 2b, 2c, 3a, 3b, 3c, sont des diagrammes explicatifs de l'invention.
Les figures 4 à 8 représentent schématiquement les moyens d'obtention de la trace d'un écho de l'impulsion de sig- nalisation.
La figure la représente la trace d'un signal S sous forme d'une impulsion à front raide à l'origine et, également, la trace formée par un écho ayant la même forme que le signal et retardé par rapport à lui d'un temps égal à t microsecondes.
Comme on peut calculer de façon précise le temps nécessaire à la transmission d'un écho à travers diverses formes de réseaux électriques, la formation de la trace d'un écho sur l'écran du tube, comme représenté à la figure la, donne un moyen très pré- cis d'étalonnage de distances horizontales sur l'écran du tube, en fonction du temps. On comprendra que la trace de l'écho peut être produite sur une partie de l'écran adjacente à une partie de l'impulsion, dont on désire mesurer la distance à partir de l'origine avec précision. La précision de la mesure est évidem- ment facilitée si l'impulsion et l'écho ont des fronts raides, comme représenté.
On peut faire varier le délai écoulé entre le signal et l'écho et ainsi, on peut mesurer le temps entre l'origine et
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le signal et un point quelconque de ce dernier.
On comprendra que les variations de vitesse du ba- layage de temps n'ont pas d'influence sur la précision de ce mode de mesure. A la figure lb, par exemple, on a représenté deux formes de signaux correspondant à deux vitesses de balaya- ge différentes et le même écho reproduit sur chacune d'elles.
Le temps qui s'écoule entre l'original du signal et le front de l'écho est le même dans les deux cas, bien que les distances en* tre l'origine du signal et l'écho soient différentes. A la fi- gure 1c, par exemple, on a représenté deux vitesses de balayage de temps différentes, qui sont identiques à l'origine, mais qui varient avec le temps conformément à des lois différentes, mais les mêmes remarques ci-dessus données à propos de la figure Ib sont également applicables aux traces représentées à la figure le.
L'écho n'a pas besoin d'être une reproduction exacte du signal. Par exemple, à la figure 2a, on a représenté une impulsion de signal et la trace d'un écho de signe opposé à ce- lui du signal et, à la figure 2b, on a représenté le même signal et une trace d'écho obtenue en prenant la dérivée du signal.
Enfin, à la figure 2c, le même signal est représenté, avec une trace obtenue en produisant un signal indépendant de l'impulsion, mais déclenché, avec un délai prédéterminé, par le signal lui- même.
La figure 3a représente un signal de forme reotangu- laire et une trace d'écho de même forme superposée audit signal.
La figure 3b représente le même signal rectangulaire aveo, su- perposée sur lui, une trace d'écho qui est la dérivée du signal.
La figure 3c représente une trace de forme indépendante du sig- nal, mais formée à l'origine du signal et une seconde traoe, de même nature, déclenchée après un délai prédéterminé.
La manière la plus simple de produire ces traces est
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représentée schématiquement à la figure 4. Le signal est trans- mis à l'oscillographe cathodique à travers une voie directe 1 et une voie indirecte 2. La voie directe peut contenir tout sys- tème A susceptible de transmettre ou de modifier le signal et la voie dérivée sert à produire l'écho. Elle comporte un réseau à retardement B et peut également comporter des appareils 0, des- tinés à modifier, ou à régler la forme, ou l'amplitude de la tra- ce d'écho.
La figure 5 représente un dispositif dans lequel le mélange du signal direct de l'écho est produit à l'entrée du système de transmission. Pour y parvenir, on doit relier la sortie du système C à l'entrée du système A, ou à un point in- termédiaire dudit. Un signal, recueilli à l'entrée du système A, traverse les systèmes B et C et il est ensuite réfléchi en arrière, vers l'entrée du système A. Un mode de réalisation d' une telle disposition est représenté à la figure 6, sur laquelle le signal est appliqué entre la grille de commande d'un tube électronique et la terre,la cathode étant reliée à la terre à travers une résistance R en parallèle avec laquelle est prévue une ligne artificielle terminée sur une résistance R'.
Si la résistance R' est de valeur égale à celle de l'impédance carac- téristique de la ligne artificielle L, le signal se propage sur cette ligne et il est absorbé à son extrémité. Il n'y a pas de réflexion et 1'impulsion de signal ne subit aucune déformation.
Si la ligne L n'est pas terminée sur son, impédance caractéristi- que, une réflexion se produit et un signal est appliqué à la sortie, entre cathode et terre, lequel est constitué par l'im- pulsion originale et un écho de celle-ci. L'écho est soit de même direction soit inversé par rapport au signal, suivant que la résistance R' est supérieure ou inférieure à l'impédance ca- ractéristique de la ligne L. Le délai entre le signal et l'é- cho est fonction de la longueur électrique de la ligne L et il
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est facile de le régler et de le calculer.
Au lieu d'agir sur la résistance de terminaison de la ligne, on peut produire un écho en faisant varier d'autres éléments de ladite ligne. Par exemple, la figure 7 représente une ligne artificielle constituée par les self-inductances L' en série et des capacités en shunt. Chaque capacité shunt est formée d'une capacité fixe C et d'une petite capacité variable C' Si toutes les capacités shunt sont faites égales et que la résistance R' soit égale à l'impédance caractéristique de la ligne, il n'y a aucune réflexion, mais on peut produire une ré- flexion du type de la dérivée du signal, en faisant varier 1' une des capacités. Si par exemple le signal a la forme d'une impulsion rectangulaire, l'écho aura la forme représentée à la figure 3b, constituée par une impulsion positive effilée et une impulsion négative effilée.
On peut faire varier'le retard de l'écho par rapport au signal en agissant sur la capacité à des distances différentes de l'extrémité de la ligne. En modifiant l'une des self-inductances L, on peut produire un écho de même forme que le signal. Il est évident qu'avec une ligne artifi- cielle de ce type, on peut également produire un écho ayant une forme complexe en relation avec celle du signal.
On doit comprendre que, lorsqu'on fait varier les éléments de cette ligne, la propagation du signal le long de la ligne n'est plus uniforme, mais varie un peu. Le signal est déformé et le délai entre le signal et l'écho n'est plus défini avec précision. Heureusement, en pratique, une réflexion unique peut être produite avec une distorsion extrêmement faible et ceci reste vrai, si l'écho a une amplitude très faible.
La ligne artificielle doit transmettre pratiquement toutes les fréquences du signal et de l'écho, sans distorsion appréciable, c'est à dire sans modifier appréciablement leur forme.
La figure 8 représente une disposition au moyen de
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laquelle on peut produire des réflexions multiples avec un chan- gement très faible des caractéristiques de la ligne, tout en obtenant des réflexions d'amplitude raisonnable. Ici, le signal est appliqué à l'une des diagonales d'un pont équilibré, dont 1' une des branches est constituée par la ligne L, terminée, comme précédemment, sur son impédance caractéristique R'. Des ré- flexions de faible amplitude peuvent tout d'abord être produites par de petites variations des éléments de la ligne artificielle.
Celles-ci sont recueillies sur la diagonale opposée du pont et elles sont amplifiées dans un amplificateur MP, à tout degré voulu. Avec ce circuit, on peut produire un écho de forme com- plexe, ou bien simplifier la forme de l'écho. Pour y parvenir, on peut faire varier une série des capacités variables C' de la figure 7, convenablement choisies. Bien entendu, la ligne arti- ficielle peut être constituée au moyen d'éléments autres que des self-inductances et des capacités et, en particulier, les capa- cités peuvent être remplacées par des résistances variables.
Le délai entre l'écho et le signal peut être calculé très facilement à partir des éléments constitutifs de la ligne, et, dans une ligne constituée au moyen de cellules uniformes, le nombre de cellules en avant du point auquel la réflexion est produite est proportion- nel au délai entre le signal et l'écho.