Dispositif pour déterminer une fréquence.
La présente invention se rapporte à un dispositif pour déterminer une fréquence.
Pour la détermination réglable d'une fréquence, on a recours habituellement à une eapacitance et à une inductance électrique équilibrées dont une ou les deux sont réglables.
Ces dispositifs ne permettent, toutefois, pas une détermination exacte et permanente de la fréquence pour la valeur à laquelle celle-ci doit être réglée, car ils ne permettent pas un accord précis et peuvent être déréglés. Pour une détermination exacte de la fréquence on s est servi jusqu'ici de cristaux qui permettent bien d 'obtenir une détermination exacte et précise de la fréquence, mais seulement dans le cas où elle correspond à la fréquence de réso nance du cristal utilisé et qui est invariable.
I1 n'existait donc jusqu'ici aucun dispositif de détermination d'une fréquence qui soit à la fois précis et exact tout en étant réglable.
Le dispositif suivant l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend deux supports rigides écartés, réglables l'un par rapport à l'autre, une corde conductrice, élastique et rectiligne, tendue entre lesdits supports et reliée rigidement à ceux-ci, des moyens propres à créer un champ magnétique transversalement par rapport à ladite corde, un circuit d'alimentation connecté à ladite corde pour faire agir dans celle-ci des impulsions dont la fréquence dépend de la fréquence propre de ladite corde et des moyens destinés à régler l'écartement desdits supports pour déformer la corde dans le sens de sa longueur en vue de modifier ainsi sa fréquence propre.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, deux formes d'exécution de l'objet de l'invention.
La fig. 1 montre, en perspective, un dispositif déterminateur de fréquence, établi suivant la première forme d'exécution, après que son enveloppe a été coupée suivant un plan vertical et que des parties du bâti et du socle de ce dispositif ont été arrachées.
La fig. 1A montre, en coupe transversale, une des pinces pour maintenir une extrémité de la corde vibrante.
La fig. 2 montre, en vue de côté, la corde vibrante ainsi que les aimants qui provoquent sa vibration, une partie de ces derniers étant arrachée.
La fig. 3 montre, en perspective, un dispositif analogue établi selon la deuxième forme d'exécution et comprenant deux cordes vibrantes.
Les fig. 4, 5 et 6 montrent des schémas électriques de filtres comprenant des dispositifs déterminateurs de fréquence.
La fig. 7 montre le schéma électrique d'un générateur d'oscillations.
Le dispositif représenté sur la fig. l comprend une corde vibrante 10 tendue entre deux pinces 11 et 12. La pince inférieure 12 est montée, tout en étant isolée, sur un bloc 13 fixé sur l'extrémité inférieure d'une tige 14 suspendue à un bras 15 solidaire d'un bâti rigide 16. La pince supérieure 11 est fixée sur l'extrémité inférieure d'un bras 17 solidaire d'un levier 18 prenant appui, par une lame flexible 19, sur le bras 15 du bâti.
L'extrémité inférieure du bras 17 est empêchée de se déplacer horizontalement en étant fixée à une bague 22 engagée librement sur a tige 14 et reliée, par une lame flexible 23, à un bras 21 calé sur la tige 14, cette lame 23 étant suffisamment flexible pour que la pince 11 puisse se déplacer légèrenient vers le haut et le bas.
La tension de la corde 10 est réglée à laide d'un volant gradué 25, monté sur un arbre 26 qui traverse le bâti 16 et dont l'extrémité filetée est engagée dans un trou taraudé 27 ménagé dans la partie supérieure du bâti. En faisant tourner le volant 25, on fait basculer le levier 18 dans un sens ou dans l'autre par rapport à la lame 19 et on fait monter ou descendre le bras 17 et la pince 11 pour accroître ou diminuer ainsi la tension de la corde vibrante 10.
Pour empêcher la modifieation de la tension de la corde après que cette tension a été réglée à l'aide du volant 25, on constitue la corde 10 et les parties soumises à des efforts par suite de cette tension, en des matières exemptes ou débarrassées de tensions locales afin que leurs dimensions ne varient pas avec le temps. De plus, la corde est constituée en une matière qui n'a pas une tendance à s'allonger de plus en plus en étant tendue. Les pièces qui sont sollicitées par des efforts, par suite de la tension de la corde 10, sont les pinces 11 et 2, la tige 14 par compression, la lame 19 par compression, le bras 17 par traction, le levier 18 par flexion, le bras 15 solidaire du bâti, la partie filetée en saillie de l'arbre 26 et le ressort 28 qui exerce une traction beaucoup plus grande que celle de la corde 10.
L'ensemble de ces pièces (à l'exeep- tion du ressort 28 qui peut être considéré comme étant un simple organe de liaison entre le levier 18 et l'arbre 26) constitue un tendeur réglable de la corde 10. Quand ce tendeur est monté, toutes ses parties constitutives sont soumisses à un traitement thermique, en étant alternativement chauffées et refroidies, jusqu'à ce qu'elles soient complètement débarrassées de leurs tensions locale.
Pour éviter que des variations de température puissent modifier la tension de la corde 10, on équilibre thermiquement celle-ci ainsi que les parties du tendeur qui déterminent l'écartement entre les pinces 11 et 12, retenant les extréniités de ladite corde. Ce résultat peut être obtenu aisément par un choix convenable des matières utilisées pour constituer les pièces du tondeur et la corde. ETne dilatation thermique de la tige 11 et de la lame flexible 19 tend à augmenter la tension de la corde, alors que celle du bras 17 tond à réduire cette tension.
Un équilibre thermique est obtenu en choisissant les matières, destinées à constituer ces parties, de manière que la somme comprenant le coefficient de dilatation de la tige 14, multiplié par sa longueur, plus le coefficient de dilatation de la lame 19, multiplié par sa hauteur, moins le coefficient de dilatation du bras 17, multiplié par sa longueur, soit égale au coefficient de dilatation de la corde 10. multiplié par sa longueur. Ceci peut être obtenu, le plus aisément, en adoptant, pour la corde 10, une matière ayant un coefficient de dilatation réduit, et, pour la tige 14, une matière dont le coefficient de dilatation ne soit pas beaucoup plus grand que celui de la corde 10.
L'équilibre thermique est rendu complet en donnant à la partie supérieure dépassant l'arbre 26 et à la lame flexible 19 des hauteurs égales tout en les constituant en une même matière on en des matières avant le même coefficient de dilatation afin que leur dilatation ou leur eontraetion, sous l'effet des variations de température, ne provoquent pas le baseulement du levier 18 dans un sens ou dans l'autre.
La meilleure matière qui paraît convcnii à la constitution de la coude 10 est du tungstène étiré à froid. Un fil en cette matière ne présente pas des tensions locales et il ne risque pas de s'allonger de plus en plus en étant soumis à une tenion. La traction, eser- cée sur un tel fil, peut correspondre à peu triez de la chaleur, telle que du métal, une couche intermédiaire 31 en une matière calo rifuge et une couche intérieure 32 en une matière bonne conductrice de la chaleur.
L'isolement thermique 31 ne sert pas et ne doit pas servir à maintenir une température constante à l'intérieur de la boîte, mais elle permet, en combinaison avec les deux couches conductrices 30 et 32, d'obtenir une température sensiblement uniforme à l'intérieur de la boîte tout en empêchant que des variations rapides de température se produisent à l'intérieur de celle-ci. Ceci évite les variations inégales de température pour les différents organes de l'instrument et qui se produisent sans cela à cause des inerties thermiques différentes de ces organes. On obtient ainsi que la corde 10 et sa monture sont toujours à la même température, de sorte que les moyens compensateurs, décrits plus haut, peuvent intervenir efficacement pour empêcher les effets dus aux variations de la température extérieure et, par conséquent, pour modifier la tension de la corde 10.
Pour réduire ou éviter les effets du rayonnement acoustique sur le dispositif vibrant, on peut diminuer la pression à l'intérieur de la boîte, délimitée par les parois 30, 31 et 32, en faisant un vide total ou partiel à l'intérieur de celle-ci.
Pour faire vibrer la corde 10, on fait pas ser un courant électrique alternatif dans cette corde d'une extrémité à 1 'autre et on la sollicite par um flux magnétique dans le sens transversal. La densité de ce flux est élevée et, par exemple, de 96 000 gauss par cm2 pour pouvoir utiliser un courant de faible intensité.
La corde est, de préférenee, constituée en une matière non magnétique car, si l'on se sert d'une substance magnétique, la réaction entre la corde et les aimants producteurs du flux aurait une tendanee à faire dévier la corde suivant un angle droit par rapport à la direction suivant laquelle elle est sollicitée par la réaction entre le courant électrique et le flux magnétique, ce qui rendrait la vibration irrégulière et pourrait même provoquer son contact avec les aimants et empêcher sa vibration quand la densité du flux est élevée. près à la charge de rupture sans qu'il en résuite une déformation progressive perceptible.
On a constaté qu'un fil de tungstène, qui a une longueur d'environ 62,50 mm et un diamètre de 0,015 mm et qui est souris à une tension d'environ 10 g, a une fréquence de vibration propre du premier rang de 1200 cycles par seconde. Eii allongeant ce fil de 0,25 mm de manière que sa longueur do vient égale à 62,75 mm, la tension du fil est devenue un peu plus grande que 40 40 g et la fréquence de vibration propre est devenue 2400 cycles par seconde.
Par conséquent, en se servant d'mi fil ayant les dimensions susindiquées, il suffit d'un déplacement de 0,25 min de la pince supérieure pour donbler la valeur de la fréquence de vibration propre.
L'arbre micrométrique 26 permet d'obtenir un réglage continu de la fréquence dans une gamme très étendne.
lin autre avantage obtenu par l'usage dn tungstène étiré à froid, pour constituer la corde 10, est que cette matière a un coeffi cient de dilatation très faible. Quand la corde 10 est constituée en une telle matière, la tige 14 est de préférence constituée par du mica aggloméré par du verre. Cette matière possède un bysteresis réduit, elle ne présente pas des tensions locales et son coefficient de dilatation est un peu plus grand que celui du tungstène étiré à froid.
Un équilibre thermique peut alors être obtenu en constituant le bras 17 en aluminium on en toute autre matière ayant un coefficient de dilatation plus grand que celui de la tige 14.
On se rend compte que le montage, tel que décrit, évite les modifications de tension dans la corde 10 pour les variations de température, dn moment que eette corde et les pièces qui la supportent sont à la même tempéra- ture. Une répartition uniforme de la température dans les différentes parties du dispositif peut être obtenue, malgré que la température extérieure subisse des variations rapides, lorsqu'on loge la corde et sa monture dans une boîte dont la paroi porte une couche extérieure 30 en une matière bonne eondue tient une résistance réglable B et la corde vibrante 10 alors que l'autre brandie inférieure du pont contient une résistance Rl réglable et une deuxième corde 43, identique à la corde 10,
excepté qu'elle ne se trouve pas dans un champ magnétique. Les valeurs des résistances réglables R et Rn sont égales.
Un équilibrage très exact des résistances du pont petiot être obtenu en eonstituant la corde 43 de la même matière et en lui donnant la même longueur qu'à la corde 10, tout en maintenant les deux cordes à la même tem- pérature, ce qui est obtenu en logeant celles-ci dans une boîte calorifugée telle que décrite plus haut. Des diffférences de tension provo ment., toutefois, de légères variations dans la résistance statique de la corde 10, de sorte que, pour obtenir un équilibrage parfait de la résistance, il est nécessaire de soumettre la corde 43 à la même tension que la corde 10.
Ceci peut être obtenu, comme montré sur la fig. : 1, en tendant la corde 43 entre deux pinces 111 et 121 montées sur les mêmes supports que les pinces 11 et 12 engagées sur les extrémités de la corde 10. Quand le dispositif est monté, on donne à la corde 43 la même tension initiale qu'à la corde 10, et les deux tensions restent égales pendant le réglage de leur tension pour la raison que les extrémités des deux cordes sont engagées dans les mêmes supports. Les bornes électriques a, b et c sont reliées aux cordes 10 et 43 comme montré sur la fig. 1 et coninie indiqué, par les mêmes lettres, sur la fig. 4.
La fig. 4 montre que le circuit d'entrée 40 est relié aux sommets supérieur et inférieur du pont 42 alors que le circuit de sortie 41 est connecté à ses sommets latéraux. Comme le pont est parfaitement équilibré, quand la corde vibrante 10 est immobile, aucun cou- rant ne passe dans le circuit de sortie 41 aussi longtemps que la corde reste immobile.
Par contre, quand le circuit d'entrée 40 recoit du courant alternatif dont la fréquence est la même que la fréquence propre d'une corde dont la tension correspond à celle que l'on a donné à la corde 102 celle-ci commence à vi
Pour faire vibrer la corde 10 et, en même temps, pour éviter la dispersion de son énergie vibratoire dans son support, on a recours à plusieurs aimants 33, 34, 35 et 36 que l'on fixe sur le bâti 16 de manière que leurs pôles entourent des parties, également espacées, de la corde 10.
Les aimants successifs ont leurs pôles positifs établis de part et d'autre de eelle-ci et il en résulte, lorsqu'une impulsion électrique traverse la corde dans un sens, que son quart supérieur et son troisième quart sont sollicités dans une direction par les aimants 33 et 35 alors que son deuxième et son quatrième quart sont sollicités suivant une direction opposée par les aimants 34 et 36, comme montré sur la fig. 2. La vibration de parties égales de la corde, alternativement suivant des phases opposées, empêche un trans fert important de l'énergie mécanique de a corde au bâti contrairement à ce qui se produirait si la vibration de la corde se faisait suivant une même phase.
Il est à noter que les emplacements des aimants, tels que décrits plus haut, ont pour effet de mettre la corde en une vibration du quatrième rang. Celui-ci n'est pas essentiel, mais il est à noter, si la corde est mise en vibration de manière que des parties égales du fil vibrant suivant des phases opposées, que plus le rang de vibration est élevé, moins il se produit un transfert de l'énergie au bâti.
L'équilibrage dynamique peut être obtenu, même pour un premier rang de vibration, si l'on se sert d'une corde à deux branches 10l (fig. 3), dans lesquelles des impulsions électriques passent suivant des directions opposées afin que les deux branches vibrent en phases opposées.
Des filtres, comprenant un dispositif tel que décrit, sont montrés sur les fig. 4, 5 et 6.
La fig. 4 montre un circuit d'entrée 40 relié à un circuit de sortie 41 par un réseau équilibré 42 dont une branche contient la corde vibrante 10. Le réseau équilibré 42 a la forme d'un pont de Wheatstone dont les branches supérieures comprenant des résistances égales
R1 et R2. Une des branches inférieures con
La fig. 5 montre un autre filtre dans lequel le réseau 421 est constitué par un pont à capacités. Le fonctionnement est le même que celui décrit plus haut et le rayonnement électrique de la corde vibrante est limité de la même manière.
La fig. 6 montre un troisième filtre comprenant le même dispositif mécanique. Dans ce cas, le circuit d'entrée 402 et le circuit de sortie 412 sont reliés entre eux par un transformateur T. Le réseau équilibré 422 comprend les deux moitiés du primaire du trans formateur T et les cordes 10 et 43. Quand le réseau 422 est équilibré, les courants, qui traversent les deux moitiés du primaire, sont égaux et opposés, de sorte qu'aucune induetion n'a lieu dans le circuit secondaire.
Quand, toutefois, la fréquence du courant entrant est telle que la corde 10 est mise en vibration pour une fréquence correspondant à celle pour laquelle elle a été tendue, la résistance dynamique de la corde déséquilibre le réseau 422 en permettant le passage d'un courant plus fort dans une moitié du primaire que crans l'autre, de sorte ciii qu-une tension est in- duite dans le circuit secondaire. Il en résulte que le transfert de l'énergie entre les circuits n'a lieu, comme dans les cas précédents, que lorsque la fréquence du courant entrant est égale à celle qui correspond à la tension que l'on a donné à la corde.
Chacun des filtres décrits plus haut peut être converti en un générateur d'oscillation en reliant le circuit de sortie à un amplificateur et en munissant le circuit d'entrée d'un couplage à réaction.
La fig. 7 montre le schéma d'un oscillatour pour lequel le circuit du filtre de la fig. 4 a été utilisé, mais dont le contrôle auto matique de volume est constitué d une manière différente.
Pour l'oscillateur de la fig. 7, le circuit de sortie 41 du réseau équilibré 42 est relié, par un transformateur T1, à un amplifieateur À et une partie de l'énergie de plaque de la lampe de cet amplificateur réagit dans le cirbrer. Cette vibration de la corde 10, dans le champ magnétique, provoque dans cette corde une force contre-électromotrice de la manière bien connue, ce qui donne lieu à une impé dance dynamique effective plus grande que son impédance statique, de sorte que le pont devient déséquilibré et que du courant de même fréquence passe par le circuit de sortie 41.
Pour éviter de légères variations dans la fréquence à laquelle la corde 10 vibre, ce qui peut se produire par suite de ehangements dans son amplitude de vibration, on peut établir un contrôle automatique de volume 44 dans le circuit d'entrée 40, ce contrôle pouvant être constitué de toute manière connue et appropriée, afin de limiter l'intensité du courant qui traverse la corde 10, ce qui permet do contrôler les forces entre les parties vibrantes de la corde et les aimants et de limiter l'amplitude des vibrations de la corde.
Pour que la limitation du courant puisse produire l'effet voulu, il est important que le ehamp magnétique, dans lequel se trouve la corde, soit maintenu constant. Ce résultat peut être obtenu, dans les meilleures conditions, quand ce champ est produit par des aimants permanents, eomme montré sur la fig. 1.
La préeision ou netteté du réglage d'ac cord exige que le rayonnement de l'énergie depuis la corde vibrante soit limité. On a déjà indiqué les moyens par lesquels on peut limiter le rayonnement de l'énergie mécanique.
Celui de l'énergie électrique peut être obtenu en rendant l'impédance des connexions qui aboutissent aux deux extrémités de la corde, y compris le pont 42, le circuit d'entrée 40 et le circuit de sortie 41, ait moins aussi grande que la résistance statique de la corde 10. L'im- pédance dn réseau, entre les extrémités de la corde, peut, avec avantage, être rendue encore
plus grande et, quand on veut obtenir tut réglage d'accord très précis, cette impédance
doit être augmentée davantage jusqu'au point
où un accroissement encore plus grand n'aug- mente pour ainsi dire plus le Q du circuit. cuit d'entrée 40.
Dans ce cas, l'énergie de réglage pour le contrôle automatique de volume est prélevée sur le circuit plaque de l'amplificateur, elle traverse un redresseur 44 pour ledit contrôle automatique (A. V. C.), qui peut être d'un type usuel et qui est monté de manière à pouvoir régler la polarisation de grille qui détermine le gain de l'amplificateur. La sortie de l'amplificateur A est reliée, par l'intermédiaire d'un transformateur T2, au point où l'énergie de l'oscillateur doit être utilisée.