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COMPAGNIE GENERALE 'DELECTRICITE résidant à PARIS, (France) DISPOSITIF POUR LA MESURE DE LA SURTENSION DES .SYSTEMES RESONNANTS.
La présente invention a pour objet un perfectionnement aux dis- positifs de mesure de la surtension des systèmes résonnants. Elle s'appli- que non seulement à la mesure de la surtension des systèmes résonateurs élec- tro-magnétiques tels que circuits à iriductance et capacité, circuits à ligne résonnante, cavité résonnantes, mais également à celle de tout système dont les vibrations mécaniques peuvent être transformées en vibrations électriques.
On connaît, pour mesurer la surtension d'un circuit électrique à des fréquences voisines de sa fréquence de résonance le procédé suivant :
On couple le système à étudier à un oscillateur fournissant une fréquence de valeur instantanée f, modulée en fréquence par une tension pé- riodique de fréquence F petite par rapport à f.
La fréquence f varie donc périodiquement, à la fréquence F, d'une quantité + f autour d'une fréquence moyenne fO
On peut faire coincider cette fréquence fO avec la fréquence de résonance du système à étudier.
Ce système entre alors en oscillation au voisinage de sa fréquen- ce de résonance, et cette oscillation prend une amplitude maximum lorsque la fréquence f passe par la valeur égale à la dite fréquence de résonance.
On prélève alors une très faible quantité d'énergie dans le sys- tème oscillant, ce qui ne l'amortit pas sensiblement, et on obtient ainsi une tension, que l'on détecte, et qui est alors fonction de l'amplitude instanta- née des oscillations du système à étudier, Cette fonction est appliquée à l'amplificateur commandant la déviation verticale du faisceau d'un oscillo- graphe cathodique ; faisceau est d'autre part dévié horizontalement, à la fréquence F, par une tension proportionnelle au temps. La courbe apparais- sant sur l'écran de l'oscillographe donne l'image de la variation d'amplitude des oscillations du système oscillant en fonction de la fréquence, pour les
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fréquences voisines de la fréquence de résonance fO dudit système.
Cette courbe est d'autant plus aiguë que la surtension du système est plus grande.
Pour déterminer cette surtension il suffit donc de mesurer la différence des fréquences f1 et f2 qui correspondent à deux points F1 et F2 bien déterminés de la courbe de résonance.
L'ordonnée de ces points est choisie de façon à correspondre à des oscillations d'une amplitude telle que la puissance nécessaire pour les entretenir soit la moitié de la puissance nécessaire pour entretenir des os- cillations ayant une amplitude égale à l'amplitude maximum de la courbe de résonance.
Pour mesurer cette différence de fréquence f2 - fl on utilise, dans les systèmes.. connus, un ondemètre constitué par un second système ré- sonnant étalonné; dont on peut faire varier la-fréquence de résonance autour de la valeur fO Cet ondemètre est excité lui aussi par le.génétateur modu- lé en fréquence, et la 'tension à sa sortie est appliquée également, après amplification et détection, à 1'amplificateur de déflection verticale de l'os- cillographe cathodique, sur l'écran duquel elle produit un repère lumineux qui se superpose à la courbe étudiée.
En faisant varier l'accord de l'ondemètre, on provoque le déplace- ment de ce repère, et on peut le faire coïncider successivement avec les points Pl et P2, en lisant à chaque fois sur l'ondemètre la valeur de la fréquence correspondante.
Un tel procédé est très rapide, et il permet théoriquement de me- surer des surtensions très élevées. Par contre, il exige que le repère qui correspond, sur-l'écran de l'oscillographe, à la fréquence de résonance de l'on- demètre, soit suffisamment fin par rapport à la distance entre les branches de la courbe dé résonance du circuit étudié. En d'autres termes, la surtension propre de 1'ondemètre doit être beaucoùp plus grande que la surtension que l'on veut mesurer.
Cette condition est parfois difficile à remplir, en particulier dans les mesures en ondes très courtes, où l'on peut rencontrer des surten- sions considérables, de l'ordre de plusieurs dizaines de mille; la surtension de l'ondemètre risque alors d'être insuffisante pour permettre une mesure pré- cise, puisque la courbe de résonance de l'ondemètre serait'plus large que la .courbe étudiée.
La présente invention a pour objet un dispositif permettant de fai- re apparaître, sur la courbe de résonance du système à étudier, un point lumi- neux très fin, dont l'abcisse correspond à la fréquence sur laquelle est réglé un ondemètre,alimenté par la même source que le circuit à étudier, de telle sorte que l'on peut, en modifiant le réglage dudit ondemètre, déplacer le dit point sur la courbe,en connaissant à chaque instant la fréquence qui lui cor- respond.
Dans ce dispositif, on polarise le cylindre de Wehnelt du tube ca- thodique sur lequel apparaît la courbe de résonance du circuit à étudier, de façon à supprimer le faisceau électronique pour une certaine bande de fréquen- ce de part et d'autre de la fréquence de résonance de l'ondemètre, et à le laisser passer pour la dite fréquence : on obtient ainsi, sur la courbe de ré- sonance du circuit à étudier, une zone sombre au centre de laquelle apparaît un point lumineux brillant.
Pour arriver à ce résultat, un tel dispositif comporte des moyens pour détecter la tension à la sortie de l'ondemètre, des moyens pour obtenir à partir de cette tension une tension dont la courbe de variation en fonction du temps,se compose de deux branches, l'une positive et l'autre négative, et passe parla valeur zéro lorsque la tension détectée à la sortie de l'ondemè- tre passe par un maximum, des moyens pour faire correspondre à la dite secon- de tension une 'troisième tension dont la courbe de variation en fonction du temps se compose de deux branches de même sens séparées par un bref passage à zéro correspondant au maximum de la tension de sortie de l'ondemètre, et des moyens pour fa re correspondre à la dite troisième tension une tension de po-
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larisation,
appliquée au cylindre de Wehnelt du tube cathodique, de façon que le faisceau électronique du dit tube soit arrêté lorsque la dite troisième ten- sion a une valeur suffisante.
Le dispositif selon l'invention est donc caractérisé par le fait qu'il comporte un détecteur couplé avec l'ondemètre, un ensemble dérivateur disposé à la sortie du détecteur, et donnant une tension qui est sensiblement la dérivée par rapport au temps de la tension à la sortie du détecteur, un déphaseur disposé à la sortie du dérivateur, et donnant deux tensions en op- position de phase, un ensemble de deux tubes électroniques montés symétrique- ment, alimentés chacun par une des deux tensions en opposition de phase, et donnant dans leur circuit anodique commun une tension de sens constant quelle que soit l'alternance des tensions en opposition de phase, une source de pola- risation du cylindre de Wehnelt du tube cathodique, une résistance disposée en série entre la dite source et le dit cylindre,et parcourue par le courant anodique des deux tubes,
de telle sorte qu'il s'y développe une chute de ten- sion telle que le cylindre de Wehnelt laisse passer le faisceau cathodique en l'absence de courant dans le circuit anodique dans les deux tubes, et l'arrê- te lorsqu'un courant passe dans le dit circuit.
Les figures ci-annexées, qui doivent être considérées comme des exemples non limitatifs, permettent de mieux comprendre'le fonctionnement du dispositif faisant l'objet de l'invention.
La figure 1 est un schéma d'ensemble d'un mode de réalisation de ce dispositif; les figures 2,3 et 4 sont des diagrammes représentant respec- tivement la variation en fonction du temps de la tension prise en divers points du montage selon -la figure 1; la figure 4 est le schéma d'une variante de réa- lisation.
Dans la figure 1, 1 désigne le circuit dont on veut mesurer-la sur- tension, et dont la fréquence de résonance est fo ; circuit est couplé à un générateur 12, fournissant une tension, de fréquence moyenne égale à fo, modulée en fréquence par une tension de fréquence F fournie par un générateur 2.
La tension à la sortie du circuit 1 est appliquée aux plaques de déviation verticale 3 d'un tube cathodique 4, dont les plaques de déviation horizontale 5 sont alimentées par la tension à la fréquence F fournie par le générateur 2. La courbe de résonance du circuit 1 autour de la fréquence fo apparaît alors sur l'écran de l'oscillographe.
Le générateur 12 est couplé d'autre part, par une bobine 6, à un ondemètre 11, dont la fréquence de résonance est réglable au voisinage de la fréquence fo. Une fraction de l'énergie se développant dans cet ondemètre est appliquée, par une boucle ou bobine de couplage 7, ou par une antenne, à un détecteur 13, comprenant un tube à vide ou un cristal 8, en série avec une ré- sistance 9 shuntée par un condensateur 10.
La tension aux bornes de cette résistance .9 est fonction, à chaque instant, de l'amplitude des oscillations dont l'ondemètre est le siège ; oscillations sont, comme il a été exposé précédemment, modulées à la fréquence F : la tension aux bornes de 9 varie donc périodiquement en fonction du temps à la fréquence F ; elle est maximum lorsque la fréquence des oscillations passe par la valeur moyenne sur laquelle est réglé l'ondemètre. Cette varia- tion est représentée par la courbe de la figure 2.
La tension aux bornes de 9 est appliquée ensuite à un ensemble dé- rivateur 14, constitué par un condensateur 15, en série avec une résistance 16, suivi éventuellement d'un ou plusieurs tubes amplificateurs tels que 17.
La tension à la sortie de l'ensemble 14 est la dérivée algébrique par rapport au temps de la tension appliquée-à l'entrée; la variation de cette tension de sortie est représentée par la figure 3; elle s'annule lorsque la tension d'en- trée est maximum.
A la sortie du dérivateur 14, la tension est appliquée à un dépha- seur 18, constitué par un transformateur 26 à secondaire à prise médiane, ou encore par un montage de type connu utilisant des tubes à vide. Le transfor.
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mateur 26 transforme la tension appliquée à son enroulement primaire en deux tensions en opposition de phase, recueillies respectivement aux bornes 27 et 28 du secondaire.
Ces tensions sont appliquées respectivement à deux tubes à vide 19 et 20 montés symétriquement de façon connue, leurs circuits plaque alimen- tant en parallèle une résistance 21, de telle sorte que la chute de tension dans cette résistance ait le même,sens pour les deux alternances positive et négative de la tension aux bornes du secondaire de 26, et qu'elle s'annule en même temps que cette dernière.
La tension ainsi.recueillie aux bornes de la résistance 21, est, représentée par la courbe de la figure 4 ; cette courbe comporte deux pointes, l'une A correspondant à la tension issue du tube 19, l'autre B correspondant à la tension issue du tube 20; ces deux pointes sont séparées par un point M pour lequel la tension est nulle, point qui correspond au sommet de la courbe de la figure 2, c'est-à-dire au moment où la fréauence de la tension appliquée à l'ondemètre passe par la valeur moyenne sur laquelle elui-ci est réglé.
Le passage au zéro entre les deux pointas est extrêmement rapide, car la variation de la tension dérivée par le système 14 est très brusque au voisinage de la valeur zéro.
Dans l'exemple de la figure 1, les deux tubes 19 et 20 sont des diodes, et la tension fournie par 26 est appliquée à leurs cathodes. Un po- tentionmètre 23, inséré dans le circuit de la source de tension anodique 22, dont le point'milieu est à la masse, permet de régler le point de fonctionne- ment des diodes.
La tension dans la résistance 21 est appliquée, par l'intermédiai- re d'un condensateur 24, au cylindre de Wehnelt 25 du tube cathodique 4, et polarise ce cylindre de telle sorte que le faisceau du dit tube ne soit émis que lorsque la dite tension est sensiblement nulle,'et qu'il soit éteint par les deux pointes de tension A et B.
On observe alors surl'écran-du tube cathodique, outre la courbe C de résonance du système oscillant à étudier, représentée sur la figure 5, un point brillant 51 très fin, correspondant au point M entre les deux pointes A et B, entouré de deux zônes obscures 52 et 53 correspondant respectivement aux deux dites pointes.
En faisant varier la fréquence à laquelle se produit la résonance de l'ondemètre, on peut déplacer le point 51 sur la courbe C, tout en lisant sur la graduation de l'ondemètre la fréquence correspondante.
Le point étant très fin, les mesures peuvent être effectuées avec une grande'précision.
Le dispositif selon l'invention présente l'avantage qu'il permet de régler indépendamment l'une de l'autre les tensions obtenues à la sortie de l'ondemètre et du circuit à mesurer, et qui agissent respectivement sur la brillance du point lumineux sur l'écran, et sur la déviation verticale du fais- ceau .cathodique. Il en résulte que le réglage de l'ondemètre ne peut réagir sur la forme de la courbe de résonance du circuit étudié, ce qui assure une grande souplesse de réglage.
La figure 6 montre, à titre d'exemple, une variante de réalisation du dispositif selon l'invention, dans laquelle les deux tubes 19 et 20 sont constitués par dès triodes, dont les grilles, polarisées en classe B, sont ali- mentées en opposition de phase par le système déphaseur 18, de sorte qu'elles sont alternativement conductrices et non conductrices, et jouent le même rôle que les diodes du dispositif selon la figure 1. Elles peuvent toutefois être suivies d'une lampe amplificatrice, ce qui permet d'appliquer une tension plus élevée au cylindre de Wehnelt du tube cathodique.