Diapason de torsion pour appareil de mesure du temps L'invention a pour objet un diapason de torsion, pour appareil de mesure du temps.
On connaît déjà d'une part des oscillateurs compor tant un élément vibrant constitué par une tige portée dans son plan médian par un dispositif circulaire à sec tion en couteau la reliant à son support et d'autre part des oscillateurs comportant un élément élastique soumis à une force de flexion, cet élément comprenant dans son plan médian un disque mince pincé sur ses bords par des brides circulaires fixées à un bâti de support.
Des oscillateurs à torsion constitués par un élément élastique qui est porté dans son plan médian par les extrémités d'axes de support fixés par leurs autres extré mités à un bâti de support sont également connus.
Les diapasons de torsion pour appareil de mesure du temps comprennent généralement un support monté sur un bâti, portant un oscillateur constitué par un élément élastique reliant deux masses oscillantes. Cet élément est soumis à l'action d'une force de torsion entretenue soit par un dispositif électromagnétique, soit encore par un organe capteur et un organe excitateur fixés sur l'oscil lateur et utilisés en combinaison avec un amplificateur.
Dans l'étude des oscillateurs de torsion les inventeurs ont cherché à se rapprocher de l'oscillateur parfait qui peut être envisagé sous l'aspect d'un système vibrant conservatif, isolé dans l'espace.
Ce qui conduit, du point de vue pratique, à recher cher un dispositif qui puisse satisfaire à deux critères, c'est-à-dire, d'une part, présenter une perte d'énergie globale qui soit nulle et, d'autre part, une quantité de mouvements et un moment cinétique élaborés en obser vateurs fixes qui soient également nuls.
L'invention a pour objet un diapason de torsion pour appareil de mesure du temps, comprenant un support monté sur un bâti, ledit support portant un oscillateur constitué par un élément élastique reliant deux masses oscillantes, cet élément étant soumis à l'action d'une force de torsion entretenue par au moins un organe cap teur et au moins un organe excitateur fixés sur l'oscil lateur, utilisés en combinaison avec un dispositif d'am plification, caractérisé en ce que l'élément élastique est constitué par une tige qui est solidaire à ses deux extré mités de deux masses oscillantes de forme cylindrique disposées coaxialement à ladite tige qui comporte dans son plan médian, un disque aminci au voisinage de la tige et présentant des moyens de fixation sur le bâti.
Ce diapason de torsion permet de réduire les sources d'amortissement. En ce qui concerne le frottement interne de l'oscillateur, il faut noter que la torsion pure faisant intervenir uniquement du cisaillement, les déformations ont lieu théoriquement sans changement de volume. Il n'y a donc pas de courants thermiques transversaux et le frottement interne est toujours plus faible qu'en trac tion ou qu'en compression. Un oscillateur à vibration de torsion présente donc des avantages certains sur tout autre oscillateur à vibrations longitudinales, transversales ou radiales.
D'autre part, une symétrie aussi parfaite que possible de l'oscillateur permet de réduire ou de faire disparaître les zones à forte concentration de contrainte, et cette symétrie est donc également favorable à de faibles pertes internes.
Pour les pertes acoustiques, le diapason utilisant la torsion, le rayonnement de l'oscillateur est nul. En effet, seules interviennent des rotations des sections droites les unes par rapport aux autres. Quant au circuit d'entretien, il peut être réalisé avec des dimensions telles que son rayonnement soit négligeable.
Si dans les oscillateurs utilisant un autre genre de vibrations il faut tenir compte du frottement résultant de l'air entraîné, il faut noter que pour une vibration de torsion, le régime est laminaire, donc à frottement faible. De toute manière, on peut agir sur les dimensions de l'oscillateur en utilisant des matériaux à haute densité permettant de réduire celles-ci et par suite l'effet de viscosité.
Le dessin annexé illustre schématiquement et à titre d'exemple ,un mode de réalisation du diapason objet de l'invention.
La fig. 1 est une vue en élévation du diapason de torsion comprenant un disque de support.
La fig. 2 est une vue des organes capteurs et excita- teurs constitués par des bilames piézo-électriques.
La fig. 3 est une vue d'un organe capteur ou excita- teur constitué par un monolame piézo-électrique fixé sur une lame métallique.
La fig. 4 est une vue d'une portion d'élément élas tique à section circulaire sur lequel sont fixées des jauges de contrainte.
La fig. 5 est une vue d'une portion d'élément élas tique à section cruciforme sur lequel sont fixées des jau ges de contrainte.
Le diapason représenté à la fig. 1 comprend un oscil lateur constitué par deux masses oscillantes 1, 2 de forme cylindrique qui sont reliées par un arbre élastique 3 sus ceptible de se déformer élastiquement par torsion.
Les masses 1, 2 peuvent être obtenues par usinage dans la masse, de manière à ne former qu'une seule pièce avec la partie centrale, comme représenté à la fig. 1, ou être rapportées, etc., et réalisées, notamment en alliages métalliques à densité élevée tels que inermet ou Ponderal , Elinvar .
L'axe ou tige 3 est réalisé notamment en alliage métallique à coefficient thermo- élastique ajustable ( Elinvar par exemple) en alliage NiCr 80/20 , aluminium ou Duralumin , verre de silice ou quartz.
L'oscillateur constitué par l'axe 3 et les masses 1, 2 est excité en torsion par des organes excita- teurs décrits plus loin., En fonctionnement, les deux masses 1, 2 présentent des ventres en rotation et vibrent en opposition parfaite de phase, car l'ensemble n'admet qu'une seule fréquence propre de torsion fo à la condition essentielle que l'on évite d'imposer, par une liaison mécanique quelconque, un noeud de rotation le long de l'axe ou tige élastique 3.
Dans le plan médian X-X de l'oscillateur perpendi culaire à l'axe Y-Y' de l'élément élastique 3, ledit élé ment présente un disque mince 33, dont le bord péri phérique présente au moins trois logements 35 disposés à 120 l'un de l'autre, dans lesquels sont engagées les extré mités 36 de forme conique d'au moins trois axes 37, dont seuls deux axes sont représentés au dessin: Les axes 37 sont fixés sur le bàti 38.
Dans une autre variante de réalisation, les trois axes de support 37 peuvent être remplacés par deux brides rigides diamétralement opposées, fixées sur le bâti 38, les bords du disque 33 étant maintenus pincés par lesdites brides: D'autres dispositifs de4ixation peuvent également être utilisés, mais ils doivent être conçus de manière à res pecter la symétrie du diapason par rapport au plan médian X-X' qui correspond au neeud de déplacement et de rotation.
D'autre part, le disque central 33 peut présenter un amincissement 39 au voisinage de l'axe Y-Y' créant une rupture d'impédance favorable au fonctionnement.
Dans la forme de réalisation représentée à la fig. 2 les organes capteur 20 et excitateur 21 sont constitués par des bilames piézo-électriques montés en accéléro- mètre, c'est-à-dire encastrés à une extrémité et dont la partie libre peut se déformer sous l'effet des forces d'ac célération présentes en cours d'oscillation. On recueille ainsi aux bornes du bilame un signal représentatif des- dites forces. Ceci est valable pour le bilame capteur.
Pour celui fonctionnant en excitation, à l'inverse, l'application à ses bornes d'un signal électrique provenant de l'ampli ficateur entraîne sa déformation, laquelle par réaction sur l'encastrement fournit à l'oscillateur l'énergie néces saire à l'entretien de son oscillation. La fibre neutre 40 des bilames est représentée en traitillé pour la forme prise par les capteurs et excitateurs pendant le mouvement.
A la fig. 3, on a représenté une variante de réalisation dans laquelle les organes capteur et excitateur sont cons titués par un monolame piézo-électrique collé sur une lame métallique 42, encastrée profondément dans l'oscil lateur. La fibre neutre 43 des organes capteur et excita- teur est située dans le joint garni de colle ou de ciment.
Dans une autre forme de réalisation, on remplace le monolame piézo-électrique par un bilame piézo-élec- trique collé sur une lame métallique, de manière à situer notamment la fibre neutre dans le joint garni de colle ou de ciment.
Cette forme de réalisation permet d'assurer un meil leur encastrement mécanique dans l'oscillateur et d'ob tenir une fréquence propre f_>, en flexion du capteur, plus élevée, donc un amortissement ramené sur l'oscillateur principal plus faible.
Enfin, elle permet de donner une résistance méca nique accrue aux organes capteurs et excitateurs.
Si on désire rendre l'oscillation très peu sensible aux chocs extérieurs, il est nécessaire de réaliser un montage symétrique du dispositif d'entretien, soit avec deux cap teurs et deux excitateurs.
En particulier, les deux capteurs sont montés de ma nière à recueillir le mouvement de torsion et à éliminer tout signal provenant de vibrations de flexion acciden telles dues aux chocs.
Dans une autre forme de réalisation, le dispositif d'entretien est constitué par un capteur relatif de défor mation et un excitateur absolu piézo-électrique monté en accéléromètre. ce dernier étant conçu sur le même prin cipe que le dispositif d'entretien décrit précédemment.
Comme précédemment, le capteur et l'excitateur seront reliés extérieurement par un dispositif amplifi cateur connu.
Le capteur relatif de déformation a pour avantage très important d'éliminer du signal de sortie les vibra tions recueillies couramment par capteur absolu lorsque l'oscillateur est soumis à des champs vibratoires exté rieurs. Le capteur relatif de déformation est constitué par une jauge de contrainte semi-conducteur fixée sur l'élément élastique déformable de l'arbre 3.
Cette jauge de contrainte semi-conducteur est une lame taillée dans un cristal de silicium. Elle présente la propriété d'avoir une résistance électrique dépendant de la contrainte mécanique à laquelle elle est soumise.
A la fig. 4, on a représenté une portion d'élément élastique déformable 3 dont la section droite est circu laire, deux jauges de contrainte semi-conducteurs 44 et 45 semblables à celles décrites ci-dessus sont fixées sur l'élément 3 en orientant leur axe sensible de manière qu'il fasse un angle A de 45 avec l'axe longitudinal perpendiculaire à la section droite de l'élément 3.
Ces deux jauges sont disposées ainsi afin de recueillir la déformation de torsion et éliminer tout signal prove nant d'une déformation de flexion de l'élément élastique déformable.
A la fig. 5, la section droite de l'élément élastique déformable 46 est cruciforme et les deux jauges semi- conducteurs 47, 48 sont fixées en orientant leur axe de mesure parallèlement à l'axe longitudinal perpendicu laire à la section droite.
On a représenté un élément élastique à section droite cruciforme mais il en serait de même si la section était rectangulaire ou en V.
Ces deux jauges 47 et 48 étant également disposées de cette façon afin de recueillir un signal provenant de la déformation de torsion et éliminer tout signal prove nant d'une déformation de flexion.