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Détecteur de proximité
On connaît des détecteurs de proximité par . capacité qui sont des oscillateurs dans lesquels la présence d'un objet'à détecter modifie la valeur d'une capacité existante dans le circuit, ce qui provoque un changement de fréquence ou d'amplitude-des oscillations.
Ce changement est exploité pour actionner un relais, par , exemple,.
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GénOra1orent, la capacité existante fait partie d'un circuit accordé dont la fréquence de résonance est
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modifiée par la capacité présentée par l'objet ù ddtac- ter; l'objet n'intervient donc que pour modifier la va- leur d'une capacité existant au préalable.
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D.'eme api cette capacité n'est pas apparente, elle peut se trouver dans les circuits utilises et, notament, dans les bob1nc&os ou il existe une capacité entre spires.
Il résultede ceci, que d'autres phénomènes, comme la tem-
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6ratur3 par exemple, sont capables do modifier la capa- cité existante et de faire fonctionner inopinément le détecteur sans présence d'objet. lorsque des circuits accordes sont utilises,la température ou des vibrations peuvent modifier non seule-
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ment les valeurs Ces capacités existantes, rais 4galorent la réluctance de noyaux magnétiques ce qui a, aussi, pour effet, de faire fonctionner le détecteur sans présence 'd'objet.
Ainsi un détecteur à oscillateur de type connu
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utilise un tube à vide qui d6bite dans l'enroulement pri- maire d'un transformateur. L'enroulement primaire et l'enroulement secondaire do ce tranaformteur sont accordée par des capaoit6a. M8ne ai la capacité d'accord de l'en-* roule#nt secondaire n'est pas apparente, elle existe néanmoins entre les spires de cet enroulement. L'organe de détection est constitue par une tête comportant une électrode reliée à la plaque du tube. Si un objet passe
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à proximité de la téte, les deux capacités que cet objet présente par rapport à la tôte o% à la manseprespective- ment, modifient la valeur de la capacité d'accord de 1'- enroulenent prima-ire.
La fr,6quance, et l'amplitude des oscillations du transformateur sont donc modifiées. Ces changements sont utilisas pour actionner un relais par exemple. Rais,
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en l'absence d'objet, la tmp6rature ou bien des vibra- tions, peuvent modifier les valeurs des condensateurs d'ac- cord, en dilatant les fils des bobinacos, par exemple, de sorte qu'il s'enauit une modification des caractéristiques
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des oscillations, COBE0 dans le cas de la présence d'un objet,.
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1 . ; . , Le but de l'invention est de réaliser un détec-
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tour capacitif do proximité qui ne présente pas les ineon- vénients préoités.
A cet effet, le détecteur de proximité suivant l'invention comporte un oscillateur sans self, avec deux
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cléments amplificateurs, dont on assure la production d'- ondes entretenues par aooroohaco au moyen d'un effet de réaction grâce une liaison capacitive unique entre la sortie du deuxième élément amplificateur et l'entrée du premier élément amplificateur, ladite liaison capacitive comportant une éleotrode portée par une tête de détection
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relire à Ilentrdo dudit oscil1atur et devant laquelle le corps à détecter est susceptible de venir se placer en modifiant, dans une large mesure, la valeur de la capacité
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de ladite liaison de façon à provoquer l'amorçage des osc1loo.
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lationa ou à los faire cesser.
Grâce h cette structure particulière, étant
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donné que le détecteur capacitif à oscillateur ne possè-
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de pas de liaison interne entié l'entrée et la sortie et que la seule liaison capacitive entre l'entrée et la oar- tie de l'oscillateur, susceptible d'entretenir les csoil- . lations, ne peut se faire que par la td te de détection,
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on est certain que l'entretien des oscillations, ou leur cessation, ne peut se produire que par l'action combin6o
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. du corps et de la t8te de détection, à l'exclue ion de
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toute autre cause parasite, telle que des variations de
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capacité de divers éléments de Jo' oB\)illateur, sous l' 01'- fat, par exemple# de variations de toapérature.
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De plus, alors que, dune les détecteurs connus,
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la valeur de la fréquence d'oscillation est g6nértù.en:
ont comprise entre des limites étroites, ce qui rend les rd.. glaces délicats et est une cause de ddrdglagan en cours
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de :tonotionnoJ1JOnt, Dans le ddtectotub suivant l'invention,
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la valeur de la fréquence d'oscillation n'est pas une
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condition de bon fonotionnero* , Cette fr6quenoo peut Va- rier par un mO# détecteur do la,005 Hz à 300.000 Hz par exemple, suivant la proximité et la surface do l'objet h détecter.
Un autre détecteur peut fonctionner dnno de bonnes conditions de 1 m6G11-hertz h 100 n6Ga-hertz, par exemple,, En fonctionnement il na peut donc ce produire de déréglâmes par variation do la valeur de la fréquence dtots-w
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1.. c11lnt1on.l
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Enfin, contre.1ront à la plupart des détec- tours de types connus qui utilisent dos bob1nn±;6B, le détecteur suivant l'invention peut étre conottuit, en dehors des eleisents pl1f1oa.touro, uniquement avec des résaistancco et des capacités.
Dans un code'particulier de réalisation, la sortie du deunô:;o 6l.dent amplificateur est reliée à la casse de l'sppcreil et la liaison capacitive qui provoque l'oscillation conporte les deux capacités forcées entre, d'une part, la corps à d4teoter, et, d'autre part, la tcte de détection et une électrode de masse reliée à la Basse de l'oscillateur*
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Dans une forme d'exécution du mode de réalisa.- tion particulier ci-dessus, le corps à détecter est isolé de tous les éléments de l'oscillateur, de aorte que non
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approche provoque l'acorcaca des oscillations.
Dans une autre forno d'exécution du mode parti- culier de réalisation ci-dessus, le corps à détecter est
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relié b la znanno de l'oscillateur par une capacité, de sorte que con approche fait cesser les oscillations entre- tenues en non absence.
Dans un autre mode de réalisation, le corps à détecter cet relié à la sortie du deuxième élément ampli-
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ficateur par uns liaison galvo.n1quo ou capacitive, de sorte que con approche de la t3te de détection déclenche la production dos oooillationa.
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Dans une disposition conotruotive' rt1oulièrc, les deux 616n:.ento #:!P11±1oateurs sont conatitude par deux transistors, . par. exemple, du type i'I3', la base du deun%- me dément relire z collecteur du premier par une capaci- tt3 de 'Valeur convenable.
Dans uns forss d'exécution, avantageuses la tte de détection est constituée par un fil métallique loco, on Ions* dmJ un boitier isolant de forme allonB6e et Garni intérieur caont d'un blindnce entourant ledit fil cuir toutes Ion faces du boiti or noirs une grande face, ladite tête étant munie d'un câble de liaison aoudë audit fil et entoura d'une tretae de bliadase soudée au blindace de ladite t6te.
L'invention cora mieux comprise a la. lecture de la description maivcmte et à Ilexamon des dessins annexes qui montrent, à titre d'exemples non limitatifet quelques
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codes de réalisation de l'invention.
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Sur ces dessins s FiS< 1 o at le schéma d'un détecteur capacitif de proximité suivant l'invention, avec une partie soil- latrie et une partie d6toctricet pour la détection de corps 001'111 uotC\D:'S.
F1G. 2 et Pige 3 montrent, respeot1vement. deux variantes de la partie o3011la.trico du schéma de la fi- eure 1. ril.). 4 montre une outre variante de la. partio ol.1oll:ta.tr1oo du cch6# de la figure 1, pour un appareil
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capable de détecter aussi bien des corps isolants que don
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corps conducteurs*
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Fig. 5 montre un autre mode de réalisation de la partie oscillatrioe d'un détecteur suivant l'invention,, comportant un transistor et un tube.
Fig. 6 est une coupe longitudinale, faite sui- vant la ligne VI-VI de, la figure 7 d'une tête de détec- tion, et
Fig. 7 est uns coupe transversale de ladite tête faite suivant la ligne VII-VII de la figure 5.
Le circuit du détecteur capacitif de proximité dont le schéma est représenté sur la figure 1 se compose de deux parties distinctes à savoir : la partie P1 qui constitue l'oscillateur influencé par la présence de l'ob- et conducteur à détecter E, et la partie P2 qui sert à détecter les oscillations et à actionner, par exemple, un relais R dont le contact établi une liaison MR lorsqu'il n'est pas excité et une liaison MT lorsqu'il est excité.
La partie osoillatrice Pl comporte deux tran- sistors Trl et Tr2 du type PNP et son alimentation est assurée par deux fils A et Dodont les polarités sont, respectivement, positive et négative.
Dans ces conditions, une variation positive de tension sur la base des transistors provoque une diminu- tion du courant dans le collecteur et une variation néga- tive de tension sur la base des transistors provoque une augmentation do courant dans les collecteurs.
Les deux transistors rl et Tr2 sont polarisés par les résistances Rl, R2, R5 et R6. Les ensembles R4 C3 et RS C6, montés dans les émetteurs des transistors,
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servent également à la polarisation des transistors Tr1 et Tr2 et diminuent les effets de la température sur le . montage. Les résistances de charge des collecteurs Dont
R3 et R7. La liaison entre le collecteur du transistor
Tr1 et la. base du transistor Tr2 est faite par le conden-
Dateur C4. Le potentiomètre R6 permet de rosier la den- sibilité du détecteur.
Le condensateur C5 relie le collecteur du tran- sistor Tr2 à la. masse de l'installation. L'objet à détec- ter E présente, par rapport à la masse de l'installation, une capacité Cl, et, par rapport à la tête sensible T, une capacité C2. le- tata sensible T, qui sera décrite en détail plus loin, est constituée par une pièce conductrice relire directement à la base du transistor Tr1 par un fil ? dont la longueur peut varier de 0 à 100 m, par exemple,.
L'ensemble des capacités C5, C1, 02 remplace ici la capacité utilisée dana les oscillateurs à résistances et capacités do type connu.
Lorsqu'un objet E est présent devant la tête de détection T, l'oscillateur fonctionna et l'on recueille, sur le collecteur du transistor Tr2 une tension alternati- ve dont la fréquence n'a pas de valeur déterminée. La valeur de cette fréquence n'est donc pas une condition critique pour la détection de l'objet.
La naissance des oscillations s'explique de la façon suivante :
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Si;l'on suppose qu'à un instant donné, le cou- rant dans le collecteur 'de Tr2 soit en train de croître, la tension du collecteur de Tr2 est donc en train de de- venir plus positive par la suite de l'augmentation de la chute de tension dans R7. Cotte variation positive de tension est transmise par C5, la masse Ci, l'objet E, C2 et le câble F, à la base de Tr1. Le transistor Tr1 va donc conduire moins, àtla tension du collecteur de Tr1 va de- venir plus négative, par suite de la diminution de la chute do tension dans R3.
Cette dernière variation néga- tive de tension est transmise par C4 et R6 à la base de
Tr2; donc le transistor Tr2 va conduire davantage. A une augmentation initiale de courant de Tr2, correspond donc un accroissement supplémentaurs de courant provoque par la liaison des deux transistors Tr2 et Tr1, cette liaicon se faisant, en particulier,, par l'intermédiaire de l'objet à détecter.
La courant dans Tr2 va donc crpîtrs de plua en plus, jusqu'à ce que la tension au collecteur de Tr2 soit trop faible pour permettre une amplificationn normale de ce transistor.
A partir de ce moment, le courant dans Tr2 va cesser do croître, le transistor Tr2 va tenter de se re- placer dans ces conditiono normales do conduction ddter- minées par la potentiel de aa base fixée par R5 et R6. Ce retour à l'état normal ce traduit par un début de diminu- tion du courant dans Tr2, ce qui provoque une variation
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négative de tension du collecteur de Tr2,po.r suite d'une diminution de chute de tension de R7. Cette variation 6a- ' tive est tra=---izo,.rar C5,la nasse, d.l'objet Eti2 et le ceble .' ?,à la base de Tri, ce qui provoque une cucEontation de courant dans Tri. La tension du collecteur de Trl va donc devenir plus positive, par suite de l'auixontation de la chute de tension dans R3.
Cette variation positive est transmise par C4 et R6,-
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à la 'base de Tr2,ce qui provoque une diminution de courant dans
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!rr2. la diminution initiale de courant dans Mr2 est donc ren- forcée lur une dirinution suppl±ren%dro do courant provoquée par la liaison des deux tranointors.
Le ph6nar.a va n'aco616rar jusque ce que le courant do Tr2 no puisse plus diminuer;ceci ce produira lora- que la tension du collecteur de '2r2gqui cas en train de devenir de plus en plus n6cative, ooit voisine de la tension ndcativo d'alicectation du fil D. Ace mocent, le transistor Tr2 va amor- cor uns auznentation de courant,pour se replacer dans son dtat normal de conduction d±torzrin4 par lois xdsiotaziaea 135 et R6.
A partir de ce moment$ le cyotbue ce retrouve dons leo condi- tions initiales nontionneea au dôbut, o'ast-w-dixe qu'il y a une aucKentation do courant dvnu Tr2 et le phénomène ce repro- duit tan t que l'objet E assure la liaison entre la masse H et l'extrenito T du odble 2, Za frdguence de octta oscillation est fonction doz composante! uti5..aCa donc le ojxouïtprala ria valeur n'a Van d'importance ainsi que l'on peut rcalicer loo ddtoctoura dont la fréquence d'oscillation peut varier cana des limites très lardée par exemple de 10000 Ez h 100 atf.'91
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Hertz .,
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S'il n'y e. pas d'objet devant la tête T, les capacités Cl et'02 n'existent pas.
Il n'y a pas de liai- son entre le collecteur de Tr2 et la base de Tr1, sauf la. capacité Co qui subsiste entre la tête T et la masse, mais cette capacité Co est très inférieure à Cl et C2 et inca- pable d'entretenir l'oscillation. Il n'y a donc plus d'on.
.cilla+,ion et la ter.sion sur la collecteur de Tr2 est fixe.
La. seule capacité de liaison entre le collecteur de Tr2 et la base de Tr1 ne peut provenir que de la présence de l'objet à détecter, ce qui confère à ce détecteur une grande sécurité de fonctionnement. pour éviter encore plus sûrement toute liaison entre le collecteur de Tr2 et la base de Tr1, lorsqu'il n'y a pas d'objet, la base de Trl et tous les éléments qui lui sont li6a : T, F, R1, R2.
Tr1, peuvent être enfermes dans un blindage B relie à A,
L'appareil ne peut être déréglé comme les détec- teure de type connu par une codification des valeurs, des . éléments composant le circuit, car aucun phdnombne ne peut remplacer l'objet pour créer des capacités équivalentes à
Cl et 02 Il
La partie détectrice P2 du circuit est d'un type connu à deux transistors Tr3, Tr4. Elle ne sort qu'à transformer l'oscillation produite sur le collecteur do
Tr2 en un courant capable d'actionner un relais, par exem- plc.
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Si l'on ourpoee qu'il n'y a pas d'objet devant la tête, il n'y a pas d'oscillation sur le collecteur de Tr2. Le transistor Tr3 est bloqua par R10, et la base du transistor Tr4 reçoit un courant à travers R4, R12 et R 13.
Le transistor T4 conduit et le relais R est excite. Le oirouit MT est formé*
Lorsqu'il y a un objot devant la tête, des oscil- lations apparaissent au collecteur de Tr2. Celles-ci sont françaises par C7 et R9, à la base de Tr3. Le transistor Tr3 étant bloque, il détecte ces oscillations que J'on re- trouve amplifiées au collecteur do Tr3. Le filtrage est obtenu par R12 et R13 et C8. De cetts façon, le courant, dans la base de T4, diminue, jusqu'au moment où le tran- nistor Tr4 est bloqué.
La relais R est désexcite, le air,- cuit MT s'ouvre et le circuit MR se ferma. Le relais chan- ge donc de position lorsque,l'objet vient devant la tête de détection.
Dans une variante n'eprésentés sur la figure 2, ou l'on a conserve les mêmes chiffres de référence pour désigner les mômes éléments, 1c corps à détecter E, au lieu d'être compléterment isolé de tous le éléments do 1'- oscillateur, est relie au fil A par un condensateur C11.
:Le fonctionnement do cet appareil est inverse par rapport à celui de l'appareil représente sur la figure 1. En of- fet, l'objet à détecter E diminue la capacité de la liai- son entre 1c collecteur du transistor Tr2 et la base du transistor Tr1, au lieu de l'augmenter, comme dans le
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mode de réalisation de la figure 1.
Il en résulte que, sans la présence de l'objet, il se produit den oscilla- tions entretenues et que l'approche de l'objet fait ces- ser ces oscillations *
Dans une autre 'variante représentée sur la
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fleure 3, l'objet x à détecter est relia dn-cctccont au . collecteur du transistor Tx2, flans 1.' intQrtlÓd:1aire de la . liaison par la nasse camm dans la 1:1ode do réalisation . de la figure 1, 0' ont-à-d1rc que le condensateur C5 de lu figure 1 a été supprimé, dans le mode do réalisation de la fleure 3.
Comme dans le mode de réalisation de la. figure 1; 'la présence de l'objet amorça les oscillations et son absence provoque l'arrêt des oscillations.
Sur la figurs 4, on a représente une autreva- riante dans laquelle 1'objet à détecter n'est pas relié directement au collecteur du transistor Tr2, mais par
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1'lrter,bd.aire de la capacité .torz;6e entre ledit corps et une électrode :? rolide au collecteur do mr2o lé#6100- z ¯ trode 2 est dioponde en regard de l'électrode de la tata T, de sorte quo la présence d'un objet conducteur aucwon- ta la capacité entre ceo doux 6lectrodea et produit,par conséquente l'amorçage doa oroil7.a,t3.onc.
Toutefois, un objet non conducteur ou aoinu conducteur que le milieu aabiant dani lequel il se trouve diminue la capacité entre l'électrode P et la ttte 2, de .sorte qu'il devient possible do détecter aussi un objet . non conducteur avec un tel appareils
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Dans tous les modes de réalisation représentée
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plus haut, on a indique un blindage Bb nais on peut dyon- tuelleoent s'en dispenser,, ai les conditions d'utilisation le peroettent.
DaiM tous les oirouite décrits plus haut à titre d'exemples, on a utilise des 614nente anpiificatcurs, en
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l'espèce des transistors, et des composants classiques constitués par des résistances et des condensateurs,* On
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pourrait utiliser d'autres <SLcMnto amplificateurs <6 deo transistors, par oxcmpio doa tubes ou des thyratrons, solides ou & OIZ9 et utiliser audoi d'autres composante tels que co2Xo9 transfor:
n tours, diodes, les selfs roin- plaçant, par exemple, les résistances R3, R4, Q7 et itf3, sans toutefois jouer aucun rôle dans i' 4tabliiaernn% don oscillations A titre dfoxemplet on a reprdaentd aux la fi- vwo 5 un oscillateur comportant un transistor Tr et un tube Tu, 2 détection de l'oscillation 130 faisant sur 3e circuit anodique dudit tube dont la efille on% Tol16ù, par un trancformatour t, au tranoistor Mrb Des variantes dans le circuit de 1s partie de*" tectrice h2 du Dehdra de la figure 1 sont écalemont pou*- sibleau par exemple pour utiliser leu inforoations de plusieurs doteotoufs sous forme de tensions sur une !s6ma alimentation* Cette methode n'utilise donc pas de relaie
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et permet des d6tections à des cadences très rapidoa.
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Dans les réalisations pratiquée, les divers éléments peuvent être groupes de différentes façons et,
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en particulier, à titre dexemplop le fil de liaison 9 peut 8tre rénl1sÓ sous tome d'un càblo coaxial de grande longueur ce qui persot d'utiliser une tête de dé- tection à une grande distance de l'appareil.
Sur les figures 6 et 7, on a représenta à titre d'exemple, un code de réalisation d'une tête de dé- tection étanche utilisable avoo les apparoilo décrits
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plus hauts. ljté:L6ment sensible de cette ttte est conctiluud par un fil w5tsllique 11 supporte par deux 010100ns iso- lantes 12, 13 fixées dans un support isolant 15 de section en "U", par exemple, en surorpol3ramides sami intérieure- ment d'un blindage 16 ouvort seulement du côte de l'ouver- ture du support 15. Tous les intervalles sont remplis do résine isolante 17, de façon que toua les éléments de la
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ttte soient r;fa.1teltCnt Eaintonus les uns par rapport aux autres, en iormlnt un ensemble 6tunoha.
La liaison de la tête à 1'oscillateur ce :rait ,
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par un fil ? entouré cor.xiaJ.emont, vers l'extérieur, sue- . cosaivemont, par une cstiM isolante 21, uizo tresse m6to.l- lique de blindage 22 et une , @1ne isolante souple 23. Le fil da liaison T est soudd au fil de 4otootion 11, et la . tresse de blindgo 22, au blimago 16 de la tttee . Bien entendu, 1. invention n'est pas lioiteo mis mcdoB do réalisation décrits et représentes, on peut y ap- porter des modifications, sans sortir pour cola, du cadre
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do 1 izrveution.