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"Appareil d'identification de la polarité d'un front d'onde".
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"Appareil d'identification de la polarité d'un front d'onde"
La présente invention est relative à un appareil pour l'identification de la polarité ou de la phase d'un front d'onde dans la partie initiale de l'onde. Un tel appareil peut être mis en oeuvre pour divers types d'ondes, par exemple sonores, électriques, électromagnétiques, etc.
Il est fréquemment nécessaire de pouvoir déterminer ou encore contrôler la polarité ou la phase d'un front d'onde, notamment après son passage à travers une installation d'amplification ou de traitement. Actuellement, on fait en général appel à un oscilloscope pour une telle opération, ce qui signifie un appareillage coûteux et délicat à mettre en oeuvre. Il faut notamment disposer d'un système de mémorisation pour laisser le temps à l'opérateur de percevoir visuellement l'affichage.
L'invention a pour but d'offrir un appareil permettant de détecter. avec des moyens relativement simples et faciles à mettre en oeuvre, la polarité d'un front d'onde, ce qui permet notamment de vérifier les connexions dans une installation de traitement de signaux.
Dans ce but, l'appareil comprend un capteur de signal à analyser dont le signal de sortie attaque un amplificateur et un filtre appropriés suivis d'un circuit
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de détermination de polarité ou phase attaquant à son tour, d'une part, un circuit d'affichage et, d'autre part, un circuit de blocage avec une période prédéterminée, empêchant le circuit de décision de réagir aux signaux suivant celui correspondant au premier signan initial analysé.
Pour une application au contrôle des connexions d'une installation traitant des ondes sonores, l'appareil est associé à un générateur de tops sonores et le capteur est un microphone,
Dans un tel cas, le générateur de tops sonores peut être constitué par une lame métallique à effet de ressort comportant une petite déformation centrale concave ou convexe, qui peut être inversée en imprimant une flexion à la lame.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : "Les figures l à 5 sont des schémas de circuit de divers exemples de réalisation d'un appareil suivant l'invention.
Les divers exemples de réalisation ont été conçus pour fonctionner avec deux circuits intégrés à partir d'une pile de 9 volts.
La description est basée sur le cas de l'utilisation pour le contrôle des connexions dans une installation de traitement de signaux correspondant à des ondes sonores, par exemple une chaîne haute-fidélité terminée par des haut-parleurs. Les ondes sonores émises par ces derniers sont captées par un microphone l suivi
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par un amplificateur filtrant à deux étages 2 dont les caractéristiques seront adaptées à l'application particulière, par exemple pour une fréquence de 3 kHz environ.
A la figure l, une bascule de type JK (4027) 3 est actionnée par l'onde détectée. Le front de cette onde fournit avec un délai bref, obtenu grâce à un circuit RC de 3,3 nF et 100 kohms, une impulsion (CP) assurant le transfert aux sorties de la bascule des niveaux de polarité présents à ce moment précis aux entrées J et K. Un amplificateur inverseur 4 sur le trajet du signal permet de présenter ce dernier avec une polarité inverse aux entrées J et K. La position obtenue de la sorte est maintenue pendant un temps prédéterminé grâce à une cellule RC de 0, 33 AF et 470 kohms du détecteur 5.
Le circuit de type 4027 comportant deux bascules identiques, il est possible de les monter en parallèle pour additionner les courants de sortie de façon à faire fonctionner directement une diode électroluminescente constituant l'élément d'affichage, sans devoir faire appel à un amplificateur tampon. Deux de ces diodes, par exemple une rouge et une verte, 6,7, sont connectées chacune à une des sorties des bascules connectées en parallèle.
A la figure 2, on fait appel également à un circuit de bascule mais qui est constitué à partir de deux des quatre portes NON-OU d'un circuit 4001. Au repos, les sorties sont nulles. Dès qu'un signal et son inverse font passer la bascule 3 à l'état correspondant à la polarité ou phase de l'onde, le signal
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détecté en 5 bloque l'ensemble pendant une durée définie par le circuit RC précité, afin d'autoriser la perception de l'affichage par les diodes électroluminescentes 6,7. Ces dernières sont à nouveaux attaquées directement grâce à la mise en parallèle de deux bascules.
A la figure 3, on rencontre le même système d' amplification et de filtre qu'aux figures l et 2, mais le signal est envoyé à un double multivibrateur monostable 8. Chaque multivibrateur est formé par deux portes NON-OU et l'ensemble peut être réalisé à partir des quatre portes d'un circuit intégré de type 4001. La première porte permet de bloquer le système dans le cas d'une impulsion positive, tandis qu'une impulsion négative provoque un blocage dans les deux portes suivantes. Il convient de remarquer que quelle que soit la sortie devenant active, l'entrée des 2e et 3e portes assure une polarisation telle que les deux sorties soient nulles à l'origine et qu'un canal soit exclusivement sensible aux impulsions positives et l'autre aux impulsions négatives telles que transmises par la première porte.
Il n'est pas nécessaire dans ce cas de prévoir des amplificateurs inverseurs et de détection et les deux amplificateurs du circuit intégré LM324 ainsi libérés sont utilisé en tampon entre le circuit logique 8 et les diodes d'affichage 6,7.
Il est possible de parvenir à une simplification du circuit et à une nette réduction de consommation de courant en adoptant la configuration illustrée à la figure 4. Un microphone de type piézo-électrique 1 est suivi par un double étage d'amplification à bande étroite centrée sur 3 kHz par exemple (la valeur est à adop-
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ter en fonction de l'application envisagée) Un pont diviseur 11, 12 à l'entrée de deux amplificateurs 13,14, connectés en opposition, permet de régler le seuil à partir duquel l'un ou l'autre amplificateur deviendra conducteur suivant la polarité du signal. Les diodes d'affichage 6,7 pour la polarité détectée transmettent leur signal à un condensateur 15 assurant un fonctionnement en multivibrateur monostable.
Grâce à un circuit logique réalisé autour d'un circuit intégré de type 4001 16, le signal du condensateur 15 est renvoyé en une boucle de réaction vers l'amplificateur d'entrée qui a été rendu conducteur. Cet amplificateur est ainsi bloqué et la diode d'affichage 6 ou 7 reste allumée pendant une période fixée par la décharge du condensateur 15 à travers une résistance 17 ramenée au pelé négatif de l'alimentation.
Des diodes de protection sont prévues dans les exemples des figures 3 et 4.
La chute de tension dans les diodes 6,7 limitant la tension minimum utilisable pour l'alimentation, il est possible de les remplacer par des diodes ordinaires dans le schéma de la figure 4, en adoptant une plus forte valeur, par exemple 100 kohms, pour la résistance série ramenée au pôle négatif de l'alimentation et en connectant alors les diodes d'affichage 6,7 à la sortie des amplificateurs 13 et 14, respectivement.
Pour tous les exemples précédents, le signal attaquant la chaîne de reproduction sonore doit être constitué par une onde avec un front ou flanc d'attaque aussi net que possible. Un générateur approprié pour un tel signal peut par exemple être constitué par une simple
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lame métallique de ressort offrant une petite déformation centrale concave ou convexe, qui peut être inversée en imprimant une flexion à cette lame. Le mouvement rapide de la partie centrale produit le son bref désiré et la polarité correspondante est connue grâce au mouvement de la déformation.
On peut encore envisager les applications suivantes pour l'appareil suivant l'invention :
1. En neurophysiologie médicale, les caractéristiques des réponses électriques du cerveau évoquées par un clic sonore dépend de la polarité initiale de ce clic.
Pour cette raison, il est indispensable de connaître cette polarité or celle-ci peut aisément être inversée dans les connexions des appareils allant du générateur audio proprement dit au casque d'écoute (ou haut-parleur). L'appareil décrit ici, sans aucune modification, permet aisément de contrôler la polarité des clics sonores tels qu'ils sont présentés au niveau de l'oreille.
2. Une autre application consiste en la détermination de la polarité d'une impulsion électrique très brève telle que celles qui sont utilisées en EMG, neuronographie, physiothérapie, etc. pour stimuler les nerfs ou les muscles. Cette polarité est importante à connaître puisque seule la cathode est capable de stimuler le nerf ou le muscle : or le point de stimulation exact doit souvent être déterminé avec précision. Pour cette application, il faut ajouter à l'appareil une résistance de charge en parallèle avec un pont diviseur dont l'une des branches est formée de deux diodes
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montées en tête-bêche de façon à limiter l'amplitude des impulsions. Comme le montre la partie encadrée en 18 du schéma de la figure 4, le signal ainsi conditionné est alors simplement introduit à l'entrée du 2e amplificateur.
3. Lorsqu'il est utilisé comme récepteur, par l'indication de la polarité du front d'onde qu'il fournit, l'appareil décrit ici permet de distinguer facilement si un émetteur d'ondes (acoustiques ou électromagnétiques, par exemple) a été excité par une impulsion positive ou négative. Un message codé binaire peut ainsi être transmis à l'aide d'un émetteur constitué essentiellement d'un circuit oscillant excité par une impulsion brève de polarité correspondant au code transmis.
L'avantage par rapport à un système de transmission en code morse par exemple est de fonctionner avec des impulsions très brèves. Il est d'ailleurs possible de combiner un codage de phase à deux états extrêmes, tel que décrit ici, avec une modulation d'amplitude et/ou de durée des impulsions pour obtenir un code à 4 ou 8 états par impulsion. Un amplificateur à contrôle de gain automatique et une impulsion de référence en début de transmission permettent de diminuer le problème de l'amortissement du front d'onde, mais une distance fixe entre émetteur et récepteur s'impose. La communication par ondes électromagnétiques de très basses fréquences constitue un domaine de prédilection pour ce type de codage. Les mêmes principes de codage peuvent s'appliquer à un train d'ondes modulant une fréquence porteuse.
Le problème pourrait être de plusieurs types différents (ondes courtes, lumière infrarouge, etc) et le circuit décrit ici doit être
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précédé d'un circuit détecteur approprié.
4. Le front d'onde est beaucoup plus sensible à l'amortissement que l'amplitude maximale d'un train d'ondes. En mesurant, grâce au détecteur de polarité décrit ici, la distance nécessaire pour supprimer la 1ère phase d'une onde émise avec une puissance constante, ce qui aboutit à une inversion de polarité du font d'onde, il est possible d'évaluer l'amortissement d'une onde particulière dans un milieu particulier. La même évaluation peut d'ailleurs se faire à une distance constante entre l'émetteur et le récepteur par la mesure de la différence de puissance de l'émetteur nécessaire pour inverser la polarité. L'évolution d'une onde de choc par exemple peut ainsi être suivie dans un matériau à étudier. Le capteur approprié sera alors un cristal piezo-électrique appliqué sur ou dans le matériau étudié.
La fréquence de l'onde sélectionnée pour la mesure dépendra du type de matériau et du type de propriété à analyser.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de la présente invention.