Dispositif pour la détection de contacts de frottement.
La présente e invention se rapporte à un dispositif pour la détection de contacts de frottement.
Ce dispositif peut être utilisé, par exemple, pour détecter les ruptures de mèches dans les opérations de filage en gros, d'étirage, de tissage ou dans d'autres olpérations similaires de l'industrie textile. La rupture d'une mèche est souvent difficile à découvrir visuellement à cause de l'effet dissimulant de l'appareillage entourant, ou parce qu'un opérateur doit s'occuper de plus d'lune seule machine. Elle est même difficile à découvrir lorsqu'on utilise un mécanisme à tâteur agissant par l'intermédiaire de relais mécaniques ou électriques, ou lorsqu'on utilise des dispositifs dé teetelors tels que des cellules photo-éleetriques.
On peut démontrer que si une mèche rom Fue se traîne sur nn organe susceptible d'exéenter des vibrations, tel qu'un fil tendu ou un autre organe en forme de corde monté de manière à pouvoir vibrer à sa fréquence de résonance, celui-ci se mettra à vibrer à des fréquences d'ordre de grandeur d'au moins 4 kc par seconde.
On a trouvé, d'autre part, que la sensibilité d'un tel organe, en ce qui concerne ses vibrations de haute fréquence, est plus grande à un contact de frottement qu'à un choc ou aux vibrations provenant de sources extérieurs.
Le dispositif faisant l'objet de l'invention est caractérisé en ce qu'il comprend un organe élastique disposé de manière à pouvoir vibrer à sa fréquence de résonance et exposé aux contacts de frottement directs à détecter, et un élément détecteur électrique sensible à la flexion et monté sur ledit organe, ledit élément détecteur étant de faible longueur relativement à la longueur d'onde fondamentale de résonance de l'organe élastique, de manière à n'être fléchi que par des vibrations dudit organe dont la longueur d'onde est coim- parable à la longueur de cet élément détecteur, le dispositif comprenant, en outre, des moyens électriques pour l'amplification des signaux engendrés dans ledit élément détecteur, afin de les rendre utilisables.
Dans une forme d'exécution préférée, le dispositif faisant l'objet de l'invention peut comprendre un organe élastique, en forme de fil, tendu par ses extrémités, une partie dudit organe étant exposée aux contacts de frottement directs à détecter, par exemple contact avec une mèche rompue dans une machine textile, l'élément détecteur électrique monté sur ledit organe étant susceptible de produire des tensions électriques correspondant au degré de sa flexion et ayant une faible sensibilité aux vibrations d'une longueur d'onde plus grande que sa propre longueur, des moyens électriques étant prévus pour l'amplification desdites tensions, afin de les rendre utilisables.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemples, une forme d'exécution et une va riante du dispositif faisant l'objet de l'invention.
La fig. 1 est irie vile schématique illustrant cette forme d'exécution.
La fig. 2 est une vue en perspective de l'extrémité gauche de cette forme d'exécution.
La fig. 3 est une vue de détail à une plus grande échelle d'un élément detecteur.
La fig. 4 est une vue en perspective (ren vcrsée par rapport à la fig. 3) illustrant l'élément détecteur de la fig. 3 sous flexion.
La fig. 5 est une vue en perspective d'un élément détecteur d'une variante.
La forme d'exécution illustrée dans les fig. 1 à 4 est destinée à être utilisée dans le banc à broches d'nue machine textile pour la détection de la rupture d'une mèche. Le dispositif représenté dans ces figures comprend un fil a de 0,3 mm de diamètre, en acier de corde à piano, et de 81,2 m de longueur, et dont chacune de ses extrémités est fixée à une masse métallique b de grande inertie, chaque masse étant accrochée de façon élastique à un support indiqué par c dans la fig. 1 et par d dans la fig. 2, au moyen d'un dispositif tendeur indiqué schématiquement dans la fig. 1 sous forme de ressort e et dans la fig 2 sous forme d'un cadre f portant des tiges en caoutchouc g.
Sur le fil est fixé un élément détecteur h comprenant un cristal piézo-électrique du type flexible de 19 mm de longueur approximativement. Comme indiqué dans la fig. 2, le cadre f est garni de feutre et est disposé de manière à former un écran protecteur pour le cristal.
Comme indiqué en détail dans la fig. 3, l'élément détecteur est fixé rigidement sur le fil, le long de son axe de symétrie, par l'in termédiaire d'iîne plaque en laiton i de 0,0127 mm d'épaisseur et ayant la forme d'non triangle isocèle troncaturé. La plaque comprend à sa base des oreilles rabattues 2' sup- portant une bande à bornes j, tandis que le cristal k du type flexible de forme similaire est rigidement collé sur cette plaque, les électrodes de ce cristal étant reliées aux bornes P et m' au moyen de connexions flexibles 1 et m.
Le fil du dispositif représenté est tendu à travers ladite machine textile dans une position telle qu'en cas de rupture d'une mèche, un bout de celle-ci tombe sur le fil et soit traîné transversalement sur celui-ci. Le fil tendu constitue un organe élastique susceptible de vibrer à sa fréquence de résonance, le fil étant relativement isolé par du caoutchouc des vibrations de la machine textile.
Le cristal piézoséleetrique est relié de manière connue à un amplificateur à lampe, ce dernier produisant un potentiel de commande prouvant être utilisé polir actionner un indicateur.
Pendant le fonctionnement, la traînée du bout de la mèche rompue sur le fil produit des vibrations transversales de ce dernier; ces vibrations seront réfléchies par les masses métalliques aux extrémités du fil. Ces vibrations transversales provoqueront des oscillations dans le cristal dues à la flexion de celui-ci, lequel à son tour fournira un potentiel d'entrée oscillant à l'amplificateur qui produira le potentiel de commande.
Le cristal et l'am plificateur sont calculés de manière à répondre à une bande de fréquences contenant la majorité des fréquences produites par la traînée de la mèche rompue à travers le fil, d'ordre de grandeur excédant 4 ke par se conde par exemple, mais excluant la majorité des fréquences produites par des vibrations mécaniques non désirées ou le son pouvant atteindre le cristal. Les fréquences de vibrations basses du fil, telles que sa fréquence naturelle, par exemple, ne produiront aucun effet sur le cristal du fait que sa longueur est petite comparée à la longueur d'onde de la vibration du fil, et le cristal sera déplacé sensiblement dans son ensemble par de telles vibrations.
En plus de l'indication de la rupture de la mèche, la puissance de sortie de l'amplificateur peut être employée pour actionner im relais, afin d'arrêter la machine pour pouvoir raccorder la mèche.
La description précédente démontre qu'il est essentiel que le dispositif représenté ne fonctionne qu'à des fréquences plus élevées que celles qui sont susceptibles de se produire par des causes naturelles dans le voisinage du dispositif. En outre, on remarquera qu'il n'est pas nécessaire de spécifier un plan précis de vibration, ni une position relative précise entre le plan du cristal et celui des vibrations, du fait que l'énergie sera partagée entre les différents degrés de liberté du fil et quelle que soit la manière dont la vibration du sys tème sera amorcée, une partie des vibrations apparaîtra finalement comme vibrations transversales dans un plan perpendiculaire au cristal pour produire un fléchissement approprié de ce dernier.
La sensibilité plus grande aux vibrations produites par un contact à friction d'une mè che rompue sur le fil, plutôt qu'aux vibrations de machines ou d'autres sources extérieures, est due aux faits suivants:
1 Le montage du fil est tel qu'il est difficile à ce dernier de se mettre en vibration à sa fréquence fondamentale (ou à l'une de ses harmoniques) par des vibrations extérieures transmises aux supports du fil.
9O La disposition d'un écran protecteur garni de feutre pour le cristal réduit l'effet des vibrations de l'air.
3O La tension produite par le cristal à la fréquence fondamentale du fil est faible et ne devient appréciable que pour des harmoniques d'ordre élevé de cette fréquence, lesquels, en toute probabilité, ne seront pas excités par des vibrations extérieures. Pour que le cristal produise un potentiel de sortie appréciable, il doit être soumis à un fléchissement considérable ne se produisant que lorsque la longueur d'onde de la vibration du fil est comparable à la longueur du cristal, c'est a-dire aux hautes fréquences seulement puis.- que la longueur du cristal n'est que de 10 mm.
W des fréquences de vibrations inférieures, le cristal étant porté librement par le fil se déplace simplement dans son ensemble '-ans fléchissement et, de ce fait, ne produira que peu ou pas de potentiel de sortie.
4O L'amplificateur est du type passe-haut et n'amplifie pas les basses fréquences pou- vant se produire à son entrée par des vibrations extérieures. L'amplificateur peut être construit, par exemple, à gain élevé aux hautes fréquences seulement, c'est-à-dire à 4 ke et davantage, tandis que la fréquence. fon (amentale du fil sera probablement d'ordre de grandeur de 100 cycles seulement.
5O Les vibrations excitées directement dans le fil par des mèches rompues augmenteront graduellement en intensité du fait que, grâce aux masses aux extrémités du fil, la perte d'éllergie. sera petite.
Une mèche rompue traînée sur le fil pro toquera. une perturbation vibratoire se propageant depuis le point de contact à friction vers les deux extrémités du fil. Grâce aux virasses aux extrémités, ces perturbations sont réfléchies avec de petites pertes d'énergie, de manière que, pour une seule perturbation initiale, le cristal répondra à toute une série de perturbations. En outre, la traînée continue de la mèche sur le fil produit de nouvelles perturbations occasionnant des vibrations qui, lorsqu'elles ne sont que légèrement déphasées par rapport aux premières vibrations, augmentent le potentiel de sortie du cristal.
On remarquera que le rôle des masses à l'extrémité du fil est important puisqu'elles ont le double but d'isoler le fil contre les vibrations extérieures et d'augmenter la sensibilité du fil envers les vibrations excitées directement.
Dans une variante, le cristal piézo-électrique peut être remplacé par un élément détecteur électromagnétique selon la fig. 5. Cet élénient détecteur consiste en un noyau magnétique n avec un enroulement électrique o, monté sur une plaque mince p en matière magnétique, remplacent la plaque mince en laiton du cristal piézo-électrique, les extrémités de la plaque étant repliées à angle droit et disposées à proximité des extrémit6s du noyau pour former des entrefers courts et un circuit magnétique extérieur. Le fléchissement de la plaque avec le fil changera la longueur et ainsi la réluctance de ces entrefers et la variation résultante du flux de l'enroulement pourront être employées de manière connue.