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B R E V E T T D'INTENTION
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PEi3F'C'II(iIVImitV.tS AUX IS1rlUENTS DE ùAvi#A'110x Cette invention a trait aux instrments de naviga-
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uion e en parbuulier aux c:ozr.;5 iiiagnéciques.
Un vbje1 .le 1 précenue inveriiin consiste en un QvlLi1>;,:;, Jlè.lbr1l:1,,1{ue ré.é.mLeur siii -du Type a aiguille ai- imnboe ÓvlL du byve u inàuouiun Lerreatre suL3cepTible de donner a distance un indication de direction sur l'écran d'un tube cathodique.
Un autre ubjeu de ia présente invention consiste
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en un 0ull'.I,J/;.o: <..:or;l...,Ür.l.1:!nL un indicateur a tube cauhodique, uu l'ei01v8vlun éle0vL'1Ue de l'ensemble du compas et de l 'inàienieur ae fsiL au uioyen alun cuurant alternatif.
Un autre cbjeu encore de l'invention consiste en un contas comportant un indicateur a rayons cathodiques qus- ceptible d'être orienté suivant une direction prédéterminée définissant un cap suivre.
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D'autres objets de l'intervention consistent à obte- nir une indication pour instruments de navigation, qui n'ait pas d'inertie et puisse être reproduite dans un nom- bre désiré de stations.
Ces objets et caractéristiques et d'autres encore de la présente invention apparaîtrontaisément après étude de la description qui suit et examen des dessins an- nexés étant entendu que ceux-ci ne sont donnés qu'à titre d'exemple nullement limitatif. Dans ces dessins les mêmes parties sur les diverses figures sont désignées par les mêmes chiffres de référence.
La Figure 1 est une perspective de l'équipement com- plet d'une forme de réalisation du compas de la présente invention;
La Figure 2 est un schéma du dispositif montré sur la Figure I;
La Figure 3 est un schéma montrant une autre forme de réalisation de la présente invention ; La. Figure 4 est une représentation graphique de certains rapports de tension utilisés dans la présente in- vention; et
La Figure 5 est une perspective montrant un nouveau dispositif d'indication et de choix de cap applicable au système de la Figure 3.
D'une manière générale, la présente invention comprend un détecteur de champ magnétique connu sous le nom de"flux gate" qui peut être placé sous l'influence d'un champ magnétique d'un aimant de compas, ou qui peut agir directement comme détecteur de champ magnétique terrestre, et un indicateur à tube à rayons cat hodiques qui est relié au détecteur de champ magnétique de façon nouvelle pour
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donner une direction en azimuth
Dans une des formes de réalisation de l'invention l'ensemble des circuits du détecteur de champ magnétique et du tube à rayons cathodiques sont alimentés exclusive- ment en courant alternatif.
De plus, dans cette forme de réalisation, un dispositif est prévu pour permettre de rapporter les indications en azimuths à un plan vertical ou à un autre plan prédéterminé afin de faciliter l'inter- prétation du cap de l'engin sur lequel l'instrument est monté.
Si on se reporte en particulier à la figure I, l'on voit un boîtier 10 qui comprend une partie supérieure for- mant le bol de compas II, en matériau non magnétique, tel que de l'aluminium, de la bakélite, etc... et contenant un aimant ou des aimants de compas portés par un flotteur ap- proprié dans un liquide amortisseur, et une partie inférieu- re 12 qui contient un détecteur de champ magnétique et est séparée de la partie formant le bol II par une paroi étan- che au liquide.
Un représentation schématique de l'aiguille de compas et du détecteur de champ magnétique montés dans un boitier tel que le boîtier 10 est donnée dans la demande de brevet américain de la demanderesse Ne 3 2.938 du 29 j&nvier 1948,Un cale 13 relie le détecteur de onamp magnéti- que contenu dans le boîtier 10 à un boîtier 14 qui contient un redresseur à tubes à vide de tout type approprié dans le but d'obtenir des tensions de "l'ordre de celles qui sont nécessaires pour alimenter l'indicateur de compas qui va être décrit. Le redresseur 14 est alimenté par un alternateur 33, couplé à une batterie, non figurée, par un câble 16 et reliée au redresseur par un cale 17.
La sortie du redresseur 14 est reliée par un câble 18 aux électrodes appropriées d'un tube à rayons cathodiques
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renfermé dans un boîtier 19. Un second indicateur àrayons cathodiques non figure, peut être connecté au câble 18'. Le boîtier 19 comprend, à son extrémité antérieure, une plaque standard 20 de montage sur un ta- blea.u de bord, qui porte une émhelle fixe 21 graduée en degrés d'azimuth, et des lignes 22 formant grille qui peuvent être amenées en tournant vers toute position angulaire voulue au moyen d'une bague dentée et d'un pignon,non figuré, mus par un bouton 13. Une boite de contrôle 24 est connec- tée par un câble flexible 25 au redresseur 14.
Oette boite de contrôle est disposée pour être installée au poste du pilote ou du navigateur, et elle contient un commutateur de puissance 26, un dispositif 27 de contrôle de mise au point du faisceau à rayons cathodiques et un dispositif 28 de contrôle de la prillance du spot cathodique, comme il sera plus clairement décrit plus loin.
Le dispositif représenté sur la figure I est montré sur la figure 2 sous forme d'un schéma électrique où le chiffre de référence 29 représente l'aiguille de compas magnétique contenu dans le bol II et 30 désigne le détec- teur de champ magnétique qui se trouve dans la. partie 12 au- dessous du bol II. Le détecteur de champ magnétique 30 en matériau perméable tel que le "Permalloy" ou le "Mu-métal" a quatre branches 31 disposées à angle droit, et il fonc- ti.onne de façon identique au détecteur à trois branches dé- crit plus clairement dans la demande de brevet belge an-
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térieuJ:8 de la demanderesse NO 372,982. 'léposée le 26 j;Âlwier 1948. La partie centrale des branches 31 porte des bobinages 32 connectés en série à une source de courant alternatif 33.
Les bobinages 32 et l'alternateur 33 compo- sent le dispositif permettant à la partie centrale du détec- teur de champ magnétique 30 d'être alternativement saturée
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@ et désaturée pour que des tensions soient induites dans les enroulements de sortie 34 portés par les branches 31.
Des paires opposées d'enroulements 34 sont connectés par une de leurs extrémités à.la terre, comme montré en 35, et sont connectés par l'autre extrémité aux enroulements primaires 36 et 37 des transformateurs 38 et 39 grâce aux conducteurs 40 et 41, respectivement. Comme il sera exposé en particulier ci-dessous, la réluctance de la partie cen- trale des branches 31 varie périodiquement d'une valeur minima à une valeur maxima, qui provient d'une variation sensible du nombre des lignes de force de l'aiguille magné- tique 29 traversant les branches 31.
Les parties des bran- ches 31 qui portent les bobinages 34 ne sont pas saturées par le flux dû à l'alternateur 33 et à l'enroulement 32, mais lorsque l'enroulement 32 détermine une saturation, la réluctance du parcours qui se trouve entre les parties ex- ternes des paires opposées de branches 31 devient extrême- ment grande et lorsque la partie centrale du détecteur de champ magnétique n'est pas saturée, cette réluctance devien extrêmement petite. Deux fois pendant chaque demi-cycle des du courant de saturation venu de la source 3, la réluctan- ce varie et ainsi deux fois par chaque demi-cycle des pous- sées de tension sont engendrées dans chacun des enroule- ments 34. Une succesions particulière des saturations et de désaturations sera exposée plus loin.
Ces enroulements peuvent être mis en résonance au moyen de condensateurs ap propriés 42 et 43 qui sont connectés en "shunt" aux paires opposées de bobinages 34 et aux primaires 36 et 37 des tr- ansformateurs 38 et 39.
Les secondaires 44 et 5 sont connectés ensemble par leurs extrémités internes et reliés au sol, leurs ex-
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trémités externes étant connectées par les conducteurs 46 et 47 à des plaques de déviation 48 et 49, placées à l'intérieur d'un tube 50 à rayons cathodiques. Les pla- ques de déviation 48 et 51 peuvent être comparées à des plaques de déviation verticales et les plaques 49 et 50 des plaques de déviation horizontales. Les plaques 51 et 52 sont relises ensemble et au sol par le conducteur 53.
Le tube 50 à rayons cathodiques contient un élément de cathode 54, qui peut être porté à l'incandescence par tout moyen voulu, non figuré, une grille de contrôle 55, une anode 56, et une anode d'accélération 57. Toutes ces électrodes sont connectées en divers points à. un diviseur de tension 58, relié à un redresseur a.pproprié à haute ten- sion non figuré. On comprendra aisément que la cathode, la grille et l'anode du tube 50 ont des rapports de tension conventionnels pour les tubes à rayons cathodiques de telle sorte que sans aucune tension de déviation de la plaque 48 à la. plaque 51, lefaisceau de rayons cathodiques ne donne un impact sur l'écran fluorescent 59 qu'en son centre 61.
La brillance du spot qui se forme sur l'écran 59 à rayons cathodiques est déterminée par le réglage de la pente de la grille de contrôle 59, grâce au bouton 28 (qui est le dis- positif de contrôle de brillance mentionnée ci-dessus lors de la description de la figure I) et le centrage du spot sur l'écran 59 estcommandé par le réglage de la tension de l'anode 56 par le bouton 27, mentionné dans la description de la figure I. Comme ces appareils de contrôle sont clas- siques, d'autres explications ne sont pas nécessaires.
Lors- que les tensions dûes aux enroulements de sortie 34 du détecteur de champ magnétique 30 sont envoyées aux plaques de déviation par les transformateurs 38 et 39, il se forme sur l'écran une ligne @
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radiale de lumière dont la position aggulaire par rapport à un plan, tel qu'un plan vertical traversant l'écran 59 par exemple, dépend du rapport angulaire entre un axe particulier du détecteur de champ magnétique 30 et un axe particulier de l'aimant 29. C'est pourquoi à chaque à chaque degré de variation entre l'aimant 29 et le détecteur de champ magnétique 30 correspond une variation angulaire sem- blable entre le plan de référence de l'écran 39 et la posi- tion angulaire du trait de lumière ou de l'indicateur lu- mineux, tel que 60.
Le détecteur de champ magnétique 30 est fixé à l'en- gin qui le porte tel qu'un avion, et ses quatres branches 31 sont dans un plan normalement horizontal à l'intérieur de la partie de boîtier 12; un ou plusieurs aimants de compas tels que l'aiguille 29, sont enfermés dans le bol de compas 11 et sont montés pour pouvoir tourner librement dans celui-ci. Dans la position montrée sur la figure 2, l'aiguille 29 est bissectrice de l'angle formé par deux branches disposées à angle droit et la trace correspondante sur l'écran 59 du tube à rayons cathodiques est un trait lumineux vertical. L'aimant 29 régit à la force de direction du champ magnétique terrestre et suivant les variations de cap de l'engin qui porte' l'instrument, la relation angulaire entre les branches 31 et l'aiguille 29 est modifiée.
L'on voit que les variations de l'angle entre les branches 31 du détecteur de champ magnétique et l'aiguille 29 modifient la pointe des tensions de courant alternatif traversant les diverses branches et on a cotaté que la valeur de la tension dans les branches 31 varie selon une loi cosinusoldale bien connue, dont il fait mention dans le brevet américain No.2.206.018 par exemple.
Lorsque
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l'aiguille 29 tourne par rapport aux branches 31 les ten- sions dans les paires de bobinages 3 sont modifiées selon cette loi et elles modifient de façon correspondante les tensions appliquées aux paires opposées de plaques de déviation 48,52 et 49, 51, ce qui a pour résultat d'éten- dre radialement la. trace de lumière 60, qui varie en posi- tion angulaire par rapport à un axe fixe (tel qu'un trait vertical) de la. même manière que le rapport entre les bran- ches 31 du détecteur de champ magnétique et l'aiguille 29; ainsi, lorsque le cap de l'engin qui porte l'instrument change d'azimuth, la variation est indiquée degré par degré au moyen du trait lumineux 60.
Si l'on considère le trait lumineux indicateur 60 montré sur les figures 2 et 3, l'on voit que la partie ing férieure du trait mesurée à. partir du point central 61 de l'écran 59, est plus courte que la partie supérieure du trait indicateur 60. Comme la présenteinvention a pour but d'indiquer des variations jusqu'à 360 degrés, l'ambigui- té de 180 degrés est éliminée en contrôlant l'excitation du détecteur de champ magnétique de façon particulière de sorte qu'un plote ou na.vigateur puisse savoir d'un coup d'oeil quelle partie du traitlumineux 60 est l'extrémité indicatrice.
Si l'on se reporte en particulier à la figure 4, l'on voit la courbe 62, qui représente une période sinusoïdale de la. tension d'excitation fournie par l'alternateur 33, etles lignés tretées 63 qui représentent la valeur de la tension nécessaire à la saturation totale de la partie centra,le du détecteur de champ magnétique 30. L'intersec- tion de la ligne 64 au point 65 représente le point du cycle d'excitation où la saturation commence, et l'intersec-
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tion de la courbe 62 et de la ligne 63 au point 66 montre le point du cycle d'excitation auquel le flux dû au courant venu de l'alternateur 33 sature complètement la partie centrale duddétecteur de champ magnétique.
Le point 67 représente l'instant du cycle d'excitation, où le courant venu de l'alternateur 33 commence à être insuffisant pour maintenir saturé le détecteur de champ magnétique et le point 69, qui désigne l'intersection de la courbe 52 et de la ligne 68 représente le point où se termine l'intewal- le de désaturat ion. La valeur à laquelle la saturation a lieu dépend des tangentes à la courbe 62 entre les points 65 et 66, et le champ magnétique de l'aimant 29 quitte les branches 31 à une valeur mesurée par les tangentes entre ces points. Cependant, quand le détecteur de champ magnétique commence sa désaturation, la valeur à laquelle le champ de l'aimant 29 revient vers les branches 31 dépend, non des tangentes entre les points 67 et 69, mais de la force magnétomotrice correspondant au champ.
Comme montré, ceci prend un intervalle plus grand des courbes 71 qui le détermine que 70. C'est pourquoi, en choisissant des valeurs de courant alternatif qui provoquent un flux dû au champ de l'aimant 29, de valeur plus grande que celle à laquelle le champ entre à nouveau dans le détecteur de champ magnétique après désaturation, la tension indiquée pour la pointe 70' de la courbe 70, est induite dans les enroulements 34 après saturation et elle est supérieure à celle qui est induite dans les enroulements 34 après désa- turation. La direction du flux à travers le détecteur de champ magnétique détermine laquelle de la pointe positive ou de la pointe négative est la plus grande, et par consé- quent,
le véritable sens de direction est indiqué par la
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partie la plus longue du trait indicateur 60. Cette derniè- re tension (pointe négative) est représentée par la pointe 71' de la courbe 71. Ainsi, tandis que deux pointes de courant alternatif sont établies dans les bobinages de sor- tie 34 pour chaque demi-cycle du courant d'excitation la première pointe 70' est plus grande que la pointe 71' et ceci a pour résultat que la déviation du faisceau de rayons catho- diques dêre à la. pointe de tension 70 est plus grande que la déviation du faisceau due à la pointe de tension 71', in- duite dans les enroulements 34.
Comme la pointe de ten- sion 70' est de polaritéopposée à la pointe 71les dévia- tions du faisceau de rayons cathodiques s'effectuent de part et d'autre du centre 61, et il est donc aisément visible que l'indication 60 est ainsi donnée en qualité uni- latéralement et que l'ambiguité de 180 degrés est évitée.
Il est montré une seconde forme de réalisation de la présente invention sur la figure 3, où l'aimant 29 et le détecteur de champ magnétique 30 sont semblables et constitué: de manière similaire à ceux qui sont représentés dans la des- cription de la figure 2. Cependant la figure 3 montre l'uti- lisation d'un tube à rayons cathodiques comportant un dis- positif de déviation électromagnétique à, la place d'un dis- positif de déviation électrostatique;
Les conducteurs 40 et 41 sont connectés à deux paires de bobinages de déviation 72,73 et 74,75, ces deux paires de bobinages étant disposés à 90 degrés l'une par rapport à l'autre. Ces bobinages: sont placés à l'extérieur du tube 50 à rayons cathodiques et sont constitués de façon à être réglables, comme il sera exposé dans la description de la figure 5.
L'alternateur 33 à deux sections de sortie 76 et 77 dont l'une 77 est connectée par les conducteurs 78 aux enrou-
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lements d'excitation 31 et 34 sur le détecteurde champ magnétique 30, et dont la section 76 est connectée par le conducteur 79 à un montage 80 de réglage de phase dont la sor- tie est reliée au primaire 81 d'un transformateur 82. Le montage 80 de décalage de phase peut être constitué de toute combinaison classique de réactances et de résistances utilisées habituellement comme déphaseurs. Le secondaire 83 du transformateur 82 est connecté aux électrodes con- ventionnelles du tube 50 à rayons cathodiques d'une façon unique qui sera maintenant décrite.
La cathode 54, la grille de contrôle 54, l'anode 56 et l'anode d'accélération 57 sont connectées au secondaire 83 du transformateur 82 par des dérivations aux points 84, 85,86 et 87 respectivement, ces dérivations représentent des points de tension dont la valeur est telle que les rap- ports de tension instantanée entre les diverses électrodes sont semblables au rapport qu'établit le diviseur de tension 58. A un instant donné, la dérivation 85 peut être considé- rée comme la borne négative et la dérivation 87 comme la borne positive du secondaire 83. Comme les bobinages de sortie 34 ont un courant alternatif induit de fréquence double de celle de la source d'excitation, il y a deux alternances de courant dans chacun des bobinages de déviation 72 et 75 pour chaque alternance de courant dans le secondai- re 83.
Avec un rapport de phase approprié entre les ten- sions qui traversent les bobinages de déviation 72 et 75 et la tension qui traverse le secondaire 83, l'indicateur à faisceau de rayons cathodiques donne un trait lumineux radial continu d'intensité sensibelement uniforme sur toute sa longueur. Un fonctionnement tout à fait satisfaisant du tube 50 à rayons cathodiques par courant alternatif est donc possible. Le rapport de phase propre à faire du trait
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60 un trait plein est obtenu au moyen du montage 80 de décalage de phase, qui peut être n'importe quel dispositif conventionnel de déphasage.
Le dispositif permettant de faire tourner les bobinages de déviation 72, 73 et 74, 75 afin d'obtenir l'indication de cap correcte par un trait lumineux vertical est montré sur la figure 5. Le tube 50 à rayons cathodiques petit être' porté mécaniquement pax tout dispositif à coussinets appro- prié, non figuré, et son axe longitudinal pénètre à angle droit dans une plaque 88 de montage classique de l'appareil sur le tableau de bord dans lequel est montée de façon à pouvoir -tourner, grâce à des moyens appropriés, non fi- gurés, une échelle annulaire 89 graduée en degrés d'azimuth et portant une denture sur la périphérie d'un rebord inté- rieur.
La plaque 88 est munie d'un orificc 91 à travers lequel pénètre un arbre 92 comportant à, son extrémité externe un bou- ton de réglage 93 et à son autre extrémité un pignon 94. Un autre pignon 95 qui engage la denture de l'échelle annulaire, est placé entre les extrémités de l'arbre 92 et les deux pignons 94 et 95 peuvent tourner lorsque l'on tourne le bouton de réglage 93.
L'organe 96 en matériau approprié tel que du fer doux portant des pièces polaires 97, 98, 99 et 100 autour desquelles sont enroulés les bobinages de déviation 72, 73, 74 et 75 respectivement, est monté par tous mo@ens appropriés, non Figurés, autour d'une partie 101 en j'orme de gorge du tube 50 à rayons cathodiques et on peut tourner cette culasse en manipulant le bouton 93 au moyen de la couronne dentée 102 qui engage le pignon 94. L'index 103 agit comme ligne de foi, de telle sorte que les indications de cap sont données par le trait lumi- neux 60 qui apparait directement en position verticale
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comme montré sur la figure 5, à l'opposé de l'index 103.
Des lignes parallèles 104 et 105 peuvent être peintes ou gravées sur la surface de l'écran 59, et une fois qu'un cap désiré est choisi en faisant tourner la graduation 89 et la culasse 96 jusqu'à ce que la valeur de la direction apparaisse en degrés sur la graduation 89 à l'opposé de l'index 103, l'engin peut être dirigé jusqu'à ce que le trait lumineux 60 demeure vertical et ensuite le cap choisi peut être maintenu en conservant le trait 60 simplement pa- rallèle aux lignes 104 et 105.
Bien que la description ci-dessus de la présente invention comporte un aimant de compas 29 comme élément permettant d'obtenir des indications sur l'écran 59 à rayons cathodiques, il est, en outre, prévu que le détecteur de champ magnétique 30 peut agir comme élément d'induction du champ terrestre indépendamment de l'aiguille de compas magnétique, tel que 29. Il est seulement né- cessaire d'éliminer l'aiguille 29 et de maintenir les bran- ches du détecteur de champ magnétique 30 dans un plan horizontal. Ceci peut @re obtenu en montant le détecteur 30 sur un horizon gyroscopique ou autre appareil stable.' Une façon de monter un détecteur de champ magnétique sur un tel gyroscope est montrée dans la demande de brevet français antérieure de la demanderesse cité ci-dessus..
Le détecteur de champ magnétique 30 est représenté comme étant commsé de quatre branches 31, mais il est en- tendu qu'un autre nombre de branches peut être utilisé dans le cadre de la présente invention. Par exemple, il a été constaté qu'un détecteur de champ magnétique à trois branches, dont les branches sont disposées symétriquement à 120 degrés fonctionne bien avec un dispositif semblable à celui montré
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sur la figure 3, où trois bobinages magnétiques de dévia- tion dispos'és à 120 degrés l'un de l'autre, sont utilisés au.lieu. de quatre bobinages 72 et 75,
qui y sont représentés
Le terme détecteur de champ magnétique utilisé dans la présente description s'entend pour un organe perméable ayant des enroulements de sortie fixes destinés à être connectés à un circuit d'indication et qui possède un dispositif permet- tant de modifier sa, perméabilité totale, de telle façon que le flux constant traversant cet organe soit changé en un flux alternatif ou intermittent selon les modifications de cette perméabilité, cet organe ne comprenant pas cependant d'éléments tournants à induction terrestre.
Comme indiqué dans la description de la figure I, un second tube à rayons cathodiques peut être connecté au câble 18' et ainsi une indication de la position du compas peut être obtenue dans une station éloignée du pilote, si on le désire. On peut évidemment aménager tout nombre de récepteurs que l'on veut, et l'une des caractéristiques principales de la présente invention réside dans la facilité avec laquelle on peutobtenir de multiples indications. Le faisceau de rayons cathodi- ques étant sans inertie, le trait 60 est libre des vibrations ou oscillations habituelles qui se produisent avec les aiguilles mécaniques et le trait lumineux qui est ordinairement vert, -constitue un indicateur extrêmement facile à lire pour un navigateur.
Bien que seulement deux formes de réalisation de la présente invention aient été représentées dans les dessins, il doit être bien entendu que diverses modifications peu- vent être apportées à la présente invention sans changer son esprit ni sortir de son domaine.