<Desc/Clms Page number 1>
SYSTEMES ELECTRIQUES DE SIGNALISATION.
La présente invention est relative à des systèmes électriques de signalisation ét spécialement aux systèmes utilisés pour relayer, sur des fils ou par radio-liaisons, des signaux électriques provenant d'un appa- reil mesurant une quantité ou condition variabletelle que;, par exemple, un écoulement de fluide, une pression ou un niveau de liquide, de tels signaux étant utilisés pour commander des instruments indicateurs, enregistreurs ou de contrôle, instruments situés loin du point de mesure, pour indiquer, enregis- trer ou contrôler la grandeur de la quantité ou condition mesurée ou pour ef- fectuer toute autre opération de contrôle.
On connaît beaucoup de méthodes suivant lesquelles des courants ou tensions électriques, rapportés en grandeur à celle d'une quantité ou con- dition variablepeuvent être utilisés pour une signalisation à distance, mais des systèmes de ce type sont souvent rendus imprécis par des modifications de résistance des lignes de connexions,ou des changements de tension ou de fré- quence d'une alimentation électriqueo
En vue d'éviter des erreurs dues aux modifications de tension et de résistance, il est devenu courant d'utiliser des systèmes dans lesquels la fréquence d'oscillation ou. la durée d'un courant électrique est rapportée à la grandeur de la condition variable mesurée.
Par ce moyen, le système de trans- mission est rendu insensible aux changements d'amplitude du signal électrique et, de ce fait, n'est pas affecté par des modifications de tension ou de résis- tance .
C'est un objet de la présente invention de prévoir des moyens perfectionnés pour dériver, en vue de signalisations, un courant ou une ten- sion alternative dont la fréquence doscillation est rapportée à la grandeur de la quantité ou condition variable sur laquelle des renseignements sont à transmettre, la fréquence d'oscillation dudit courant ou de ladite tension élec- trique ne dépendant que de la grandeur de la quantité ou condition variable et
<Desc/Clms Page number 2>
étant sensiblement indépendante des modifications dans la tension et la fré- quence d'alimentation.
Un autre objet de l'invention est de prévoir un appareil récep- teur grâce auquel les signaux à fréquence variable peuvent être utilisés pour indiquer, enregistrer ou contrôler, un tel appareil étant sensiblement insensible aux changements d'amplitude ou du facteur de forme du signal élec- trique alternatif. L'appareil récepteur peut être prévu de manière à être ca- pable de faire une discrimination parmi un certain nombre de signaux à fréquen- ce variable reçus, de telle façon qu'un enregistrement, une indication ou un contrôle n'ait lieu qu'en réponse à certains des signaux.
Le système suivant l'invention comprend, en conséquence : un dispositif de mesure substantiellement insensible aux variations de tension ou de fréquence d'alimentation et capable de produire une tension ou un cou- rant dont la fréquence est rapportée à une quantité ou condition variable; des moyens pour transmettre, à une station distante, un signal de fréquence correspondanteà celle de ladite tension ou dudit courant; et un récepteur à ladite station sensible aux variations de fréquence dudit signal mais substan- tiellement insensible aux modifications d'amplitude ou de forme d'ordre, et capable de produire des effets indicateurs, enregistreurs ou de contrôle.
L' appareil peut aussi comprendre, comme moyen de transmission, un générateur d'oscillations électriques de fréquence fixe, oscillations qui sont modulées par la fréquence variable de ladite tension ou dudit courant et servent comme support ou porteur d'oscillation pour une radio-liaison ou sur une ligne de campagne, de sorte qu'un certain nombre de signaux peuvent être transmis sans interférence par la même liaison ou sur la même ligne grâce à l'utilisation de supports ou porteurs différents.
Comme dispositif dé mesure, suivant l'invention, on peut utili- ser avantageusement un compteur électrique du type à moteur d'induction, com- portant un disque conducteur rotatif qui est entraîné à une vitesse rapportée à la grandeur de la quantité ou condition mesurée mais qui est sensiblement indépendant des variations de tension ou de fréquence d'alimentation, aux- quelles on.:doit s'attendre normalement, ledit disque étant modifié à inter- valles réguliers sur sa périphérie et étant disposé pour coagir avec des moyens sensibles à de telles modifications et capables de produire un courant ou une tension alternative dont la fréquence est proportionnelle à la vites- se de rotation du disque et qui peut être relayée par une radio-liaison ou une ligne de campageeovers l'appareil récepteur.
En vue de bien faire comprendre l'invention et de permettre une facile mise en oeuvre de celle-ci, on décrira ci-après une réalisation pré- férée, à titre d'exemple et avec référence aux dessins annexés.
La figure 1 est un schéma d'un système de signalisation suivant 1'invention.
La figure 2 est un schéma d'un appareil pour l'obtention d'un signal à fréquence variable.,
La figure 3 est un schéma montrant comment un courant électrique modulé peut être obtenu de l'appareil suivant la figure 2.
La figure 4 est un schéma d'un circuit à utiliser, au récepteur, pour la mesure de la fréquence.
Dans la réalisation suivant la figure 1, l'unité 1 est sensible aux variations d'une quantité ou condition sur laquelle des renseignements doivent être transmis. De telles variations communiquées à l'unité 1 engendrent des'-variations de grandeur d'un courant électrique dans un circuit 2. Ce cou- rant détermine la vitesse d'un moteur à induction 3 d'un type qui sera décrit plus longuement ci-après.
Le rotor du moteur présente un certain nombre de mo- difications périphériques également espacées, qui coopèrent avec des modifica- tions d'un élément fixe convenablement placé, de manière à provoquer une va- riation de l'intensité d'un courant électrique-, lesdites variations se produi-
<Desc/Clms Page number 3>
sant lorsque les modifications sur le rotor passent devant les modifications de Bêlement fixe et;, par conséquent;, à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation du rotor.
Le courant électrique variable passe ensuite dans une unité 4, ou il peut être amplifié si nécessaire; ensuite, il est envoyé directement
EMI3.1
aux lignes de transmission pour être transmis à 19apparwil éloigné indica- teur, enregistreur ou de contrôle, 9 ou bien il peut être utilisé pour moduler un courant porteur alternatif de haute fréquencecourant qui peut être forcé d'émettre des ondes électromagnétique depuis une transmission aérienne pour une radio-transmission, ou peut être relayé par des fils, vers 1?appareil éloigné.
EMI3.2
Au récepteur 5, la fréquence doscillation du courant électrique variable doit être reproduite,bien que non nécessairement au niveau de tension ou de puissance initial, soit par démodulation du signal porteur,
soit à par-
EMI3.3
tir du courant variable transmis par ligne ou d-1-un courant qui en est directe- ment dérivé. Un circuit mesureur de fréquence est prévu;, circuit qui est de pré- férence du type décrit ci-après et représenté à la figure 4. Ce circuit mesu- reur de fréquence est tel quil produit un courant de sortie continu dont la grandeur est proportionnelle à la fréquence.Le courant de sortie passe par
EMI3.4
un ou plusieurs instruments appropriés 6s à des fins der¯registrement9 dirzdim cation et/ou de contrôle, ces instruments étant étalonnés en unités de la quantité en condition variable.
La figure 2 montre une méthode préférée de dérivation d'un courant électrique de fréquence variable,, à partir d'une quantité ou condition variable, par exemple un niveau deauo Dans ce but, on utilise un appareil du type décrit dans le brevet britannique n 211.237. Un disque rotatif 7 en ma-
EMI3.5
tière conductrice est supporté d9une manière symétrique par un axe 7a entre les pôles d'électro=aimants dont les noyaux 8, 9 sont excités par un courant alter- natif en provenance d'une source 12, grâce à des enroulements 10 et 11. Ces en- roulements 10 et 11 sont en série un avec l'autre, et avec une résistance 13 et la source 12.
Ces enroulements sont reliés de telle manière que le flux magnétique des noyaux 8, 9 passe principalement d'une manière perpendiculaire à travers le disque 7.
EMI3.6
Un second électroaimant est p évu9 avec un noyau , excité, par un courant alternatif en provenance de la source 12, ,,grâce à 'un enroulement 15.En raison de la forme et de la disposition du noyau, le flux de cet élec- troaimant passe perpendiculairement à travers le disque 7, au voisinage du flux des électros précédemment décrits. Par réaction entre chacun de ces deux flux et le courant induit dans le disque par l'autre flux, un couple est pro- duit et fait tourner le disque,, les deux flux n9étant pas en phase du fait des
EMI3.7
caractéristiques différentes de leurs circuits,, comme on "f 9a décrit dans le brevet britannique susdit n 211-237.
Le courant passant par 19enroulement 15 est déterminé par la va- leur d'une résistance 16 et par la tension de la source d'alimentation 12. Le courant dans les noyaux 10 et 11 est semblablement déterminé par la tension de la source d'alimentation 12 et par la résistance en série 13 qui est réglée, et ensuite gardée à une valeur constante.
Les flux magnétiques produits par ces courants sont proportionnés de telle manière que le flux entre les pôles des noyaux 8, 9,produit par le passage du courant dans les enroulements 10
EMI3.8
et 1.18 est plus grand que le flux entre les pèles du noyau 14 produit par le passage du courant dans 1?enroulement 15, et, par conséquente pratiquement tout le couple retardateur est dû au déplacement du disque 7 à travers le flux entre les pèles des noyaux 8, 9.
Cela signifie, en effet, que le couple retar- dateur peut être accommodé pour être proportionnel à la tension dalimentation du secteuro
Dans ces conditions, la vitesse de rotation du disque est propor- tionnelle au rapport du flux entre les pales des noyaux 8,9,et du flux entre
EMI3.9
les pôles du noyau :14;
et aussi longtemps qu'aucun noyau n9est saturé et que les entrefers constituent presque toute la réluctance dans les circuits magné- tiques, la vitesse du disque est aussi proportionnelle au rapport du courant
<Desc/Clms Page number 4>
passant dans les enroulements 10, 11 et du courant passant dans l'enroulement 15.Des variations dans la tension de la source d'alimentation 12 influencent tous les courants dans la même proportion et ainsi laissent inchangée la vi- tesse du disque,
Si comme on l'a décrit dans le brevet précité, les circuits sont prévus de manière que les courants soient approximativement décalés de 90 ,
ils seront sensiblement affectés d'une manière égale par des variations dans la fréquence d'alimentation de sorte que la vitesse du disque est indépendante des variations ordinaires de fréquence que l'Ion retrouve dans les circuits d'éclairage et de force motrice.
La vitesse de rotation du disque dépend ainsi uniquement de la valeur de la résistance 16, à laquelle elle est inversement proportionnelle.
Toute réalisation ou disposition, par laquelle une quantité ou condition varia- ble peut être forcée de faire varier une résistance électrique, peut par con- séquent être utilisée conjointement avec cet appareil pour fournir des signaux qui peuvent être transmis à des points éloignés à des fins d'indication, d'en- registrement et de contrôle.
Dans la disposition particulière représentée, qui est prévue pour la transmission d'un signal indicateur de variations dans un niveau d'eau, on fait varier la résistance électrique 16 par des moyens mécaniques. Un flot- teur 17, à la surface de l'eau, est attaché à un fil 18 qui passe sur une pou- lie 19. Après avoir été enroulé plusieurs fois autour de la poulie, en vue d' augmenter la force de frottement, le fil 18 est attaché à un contrepoids 20.
Lorsque le flotteur s'élève et s'abaisse en même temps que les variations du niveau de 1-'eau la poulie est mise en rotation et un bras trotteur 21 est dé- placé sur les spires de la résistance 16, ce qui change la valeur de la résis- tance en circuit et influence ainsi la vitesse de rotation du disque 70
On se réfère maintenant à la figure 3. Pour que la vitesse du disque 7 puisse être utilisée pour déterminer la fréquence d'un signal à cou- rant alternatif, une série d'encoches radiales 22 également espacées sont prévues à la circonférence du disque et, coopérant avec les encoches susdites, une série d'encoches semblables 221 sont découpées dans une paire d'éléments fixes 23 et 24.
Ces encoches 221 coopèrent avec les encoches 22 du disque de manière à empêcher et à permettre, 9 d'une façon alternée, le passage de lumiè- re en provenance d'une source 25 vers une cellule photo-électrique 26, le fais- ceau de lumière étant ainsi modulé à une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation du disque. Dans une application particulière, le nombre d'enco- ches 22 du disque est de 240 et leur largeur est à peu près égale à 1'espace qui les séparent. A une vitesse maximum de rotation du disque., de 25 tours par minute, cela donne une fréquence de 100 cycles par seconde, ce qui est d'un or- dre de grandeur convenable à des fins de transmission.
Le faisceau de lumière interrompu tombant sur la cellule photo-électrique 26 donne naissance à des courants ou tensions alternatives qui peuvent être amplifiées par des moyens conventionnels à n'importe quel niveau de puissance qui peut âtre requis pour la transmission par radio-liaison ou par ligne de campagne, lorsque les cir- constances le justifient-. Si une radio-liaison est utilisée,,il est nécessai- re de moduler une fréquence porteuse plus élevée d'une manière telle que son amplitude varie cycliquement à la fréquence qui doit être transmise. Le signal porteur, après réception, est démodulé par un moyen connu, et la fréquence ori- ginelle reproduite à un niveau de puissance convenable.
Dautre part, le courant ou la tension alternative dérivée de la cellule photo-électrique peut, après amplification convenable,être appliquée à une paire de fils, ou à un fil et un retour par la terre, et transmise di- rectement à une station éloignée. A cette station éloignée, il est prévu un circuit mesureur de fréquence, d'un type convenable comme montré à la figure 4.Ce circuit comprend une paire de lampes amplificatrices VT1 et VT2,à cou- plage par transformateur;
un transformateur T placé dans le circuit anodique- de VT2 et comportant deux enroulements secondaires reliés respectivement aux lampes VT3 et VT4; un condensateur C relié entre les anodes de VT3 et VT4; et
<Desc/Clms Page number 5>
un milliampèremètre MA compris dans le circuit anodique de VT4.
La tension de polarisation constante appliquée à VT3 et VT4 est suffisante pour y empêcher le passage de courant de plaque lorsque aucune ten- sion de signal n'est appliquée à centrée de VT1. Les tensions d'excitation de VT3 et VT4 sont prévues pour être en opposition de phase., de façon que, lorsqu'une tension de signal alternative est appliquée à entrée de VT1, du courant de plaque puisse passer tour à tour dans VT3 et VT4. Durant une moitié du cycle de tension appliquée, le condensateur se décharge dans VT3,et pen-
EMI5.1
dant 19autre moitié, il se décharge dans %T4g et le milliampèremètre .
Si les amplitudes des tensions d'excitation de VT3 et VT4 sont élevées, et si la capa- cité du condensateur C nest pas trop grande, la charge et la décharge du con- densateur sont pratiquement complètes. Le courant de décharge moyen du conden- sateur est égal à K + CEbbf, où Ebb est la tension dalimentation à haute ten- sion et f est la fréquence de la tension de signal alternative appliquée à l'entrée.
Le courant de décharge du condensateur peut, par conséquent, être utilisé comme une mesure directe de la fréquence de la tension d'entrée. Les fonctions de VT1 et VT2 consistent à amplifier la tension d'entrée et à aug- menter 1-'impédance d'entrée du circuit de compteur. La lecture est indépendan- te de l'amplitude d'entrée pourvu que 1?amplitude soit suffisamment élevée pour assurer une charge et une décharge pratiquement complètes. Comme la lecture dé- pend de la tension d'alimentation anodique Ebb, cette tension devrait être main- tenue constante au moyen dune lampe à effluves,ou bien il faudrait prévoir le réglage de la tension à une valeur de référence ou étalon.
On doit noter que le circuit susdit nest qu'un exemple d'un type de circuit mesureur de fréquence, et que différentes modifications pour-
EMI5.2
raient y être apportées, par exemple, par 19utï'Lisation d9un couplage par ré- sistance-capacité en vue d'augmenter la gamme de fréquences qui peut être me- surées par la prévision d'éta,ges additionnels d?amplifications et par une li- mitation du courant pour augmenter la gamme de tensions de signal acceptables pour le circuit, et ainsi de suite.
Cette classe générale de circuit mesureur de fréquence,cepen-
EMI5.3
dant, est utilisée ici parce que les lectures du milliamperemetre sont indépen- dantes de la forme d'onde et de l'intensité du signal sur une très large barn- deo Il n'est par conséquent pas nécessaire pour !9équîpement d"a.mp1.ification ou de transmission de reproduire, avec une grande fidélité, à 19extrémité ré- ceptrice, la forme d'onde du courant sortant de la cellule photo-électrique.
Pour cette raison, aucune disposition particulière n'est prise pour assurer que le courant de sortie soit sinusoïdale. Cela évite la nécessité de façon-
EMI5.4
ner les encoches dans le disque ou d ino7.,u dans les circuits, des disposi- tifs de filtration compliqués pour 1?élinina,tion des harmoniques indésirables.
Le courant passant par la lampe TT4. et le milliampèremètre est utilisé pour indiquer le niveau d9eau sur 1D 3nstm.ent convenablement étalon- né ou, en utilisant des instruments et des relais appropriés, pour enregistrer le niveau et/ou pour commander des circuits d'alalme ou de conteale, de façon qu'une action convenable puisse être entreprise suivant la valeur du niveau.
Si cest nécessaire,un certain nombre de signaux peuvent être transmis sur les mêmes lignes ou radio-liaisons, en modulant un certain nombre d'ondes porteuses à des fréquences qui sont une fonction d'un certain nombre de variables mesurées. Ces ondes porteuses peuvent être transmises simultané- ment et peuvent être séparées à la station réceptrice au moyen de circuits
EMI5.5
convenablement accordés, les fréquences d-lorigine étant reproduites et détermi- nées par un appareil semblable à. celui décrit avec référence à la figure 4.
Pour autant que les fréquences porteuses soient suffisamment bien distinctes,
EMI5.6
il ney aura aucune interférence entre les signau7-.
A la place dun dispositif photo-électrique pour l'obtention d' un courant alternatif au disque de rotation, on peut utiliser un dispositif électromagnétique ou électrostatique sensible à un encochage,, une dentelure
<Desc/Clms Page number 6>
ou à d'autres modifications convenables du disque. Par exempleles modifica- tions peuvent prendre la forme de protubérances régulièrement espacées qui coo- pèrent avec des éléments fixes de façon à faire varier une capacité ou une in- ductance dans un circuit électrique.
A la place du circuit mesureur de fréquence du type décrit avec référence à la figure 4, un type de circuit compteur d'impulsions ou de monta- ges en pont sensibles à la fréquence, contenant des éléments résistifs et capa- citifs, peut être utilisé pour mesurer la fréquence de la tension de signal.
REVENDICATIONS.
1. Système de signalisation électrique comprenant : un dispositif de mesure insensible aux variations de tension ou de fréquence dune alimen- tation électrique sur laquelle il fonctionne, et capable de produire une ten- sion ou un courant dont la fréquence est rapportée à une quantité ou condition variable; des moyens pour transmettre, à une station distante,un signal de fré- quence correspondant à celle de ladite tension ou dudit courant; et un récep- teur,à ladite station, sensible aux variations de fréquence dudit signal mais substantiellement insensible aux modifications d'amplitude ou de forme d'onde, et capable de produire des effets indicateurs, enregistreurs ou de contrôle.