"Oscillateur magnétostrictif pour appareil de mesure du temps"
Les montres électroniques peuvent être munies d'un oscillateur formé d'une bilame placée dans un champ magnétique de polarisation et vibrant par effet magnétostrictif. Un circuit électronique entretient ces vibrations; il est formé d'une bobine de commande et d'une bobine motrice liées par un amplificateur, toutes deux entourant ladite bilame.
La fréquence d'oscillation de la bilame, fonction du champ magnétique de polarisation, est perturbée par les variations de température re qui modifient ses dimensions linéaires, les modules d'élasticité des deux constituants et, par effet Villarceau, sa forme générale.
Certains alliages connus sour le r(,rn d' "Invar possèdent un coefficient de dilatation pratiquement nul. D'autres portant le nom "Elinvar" possèdent un coefficient thermodlastique approximative ment cunstant dans un grand domaine de température. Ces alliages ne se prêtent toutefois pas facilement à la réalisation de bilames magnétostrlctives utilisables dans un large domaine de température, car leurs caractéristiques globales ne seraient pas suffisantes pour repondre aux cahiers des charges d'un étalon de fréquence miniature.
On a proposé de placer la bilame dans une enceinte thermostatisée.
Cette solution, qui peut être très satisfaisante dans le cas d'un instrument de grandes dimensions, est difficilement conciliable avec les dimensions d'une montre-bracelet.
I1 a également été proposé de réaliser la bilame sous une forme tubulaire, comprenant un tube de nickel à coefficient de température positif dont l'intérieur est rempli par un acier au nickel à coefficient de température nggatif. Une telle construction permet d'atteindre un coefficient de température voisin de zéro.
La présente invention atteint le même but en utilisant une bilame dont le coefficient de température peut être différent de zéro, laissant ainsi une plus gra nde liberté dans le choix des métaux ou alliages cons- tituant la bilame. Elle fait d'autre part intervenir, pour la compensantion thermique
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Elle a pour objet tin oscillateur magnétostrictif formé d'une bilame dont l'un au moins des constituants présente des propriétés magné tostrictives, d'une bobi ne de commande et d'une bobine d'entretien disposées autour de la bilame et reliées par un circuit d'amplification afin d'entretenir les oscillations de la bilame.
1l est caractérisé par le fait que la bilame et ses bobines sort disposées à l'intérieur d'une chambre dont les caractéristiques magnétiques varient en fonction de la tem perature, dans le but de compenser, par une lnodification du champ de polarisation, les effets de la température sur la bilame,
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de la présente invention.
La fig. 1 en est une vue générale, partie en coupe et a fig. 2 une coupe selon Il de la fig. 1.
Les fig. 3, 4, 5 et 6 sont des diagratnmes en illustrant le fonctionnement.
Ladite forme d'exécution comprend une bilame 1 présentant la forme d'un
U, dont l'un au moins des constituants présente des propriétés magnétoetrictives ; elle est fixée par ses points nodaux 2 et 3 pour vibrer en flexion.
Autour de cette bilame 1 se trouve la bobine de commande 4 dans laquelle est induite une tension provoquée par la variation d'induction de la bilame sous l'effet des tensions mécaniques de flexion et une bobine motrice 5 qui entretient les oscillations de la bilame par effet Joule niagnétostrictif. Un circuit électronique d'amplification 6 est disposé entre les bobines 4 et 5. Un aimant permanent 7, en forme de tube en U et aimanté suivant son axe principal, enveloppe la partie arrondie de la bilame 1 dont les branches rectiligrres sont logées dans des tubes 8, 9, intimement liés à l'aimant permanent 7 et formés d'un matériau dont la perméabilité magnétique varie en fonction de la température.
Des matériaux semblables sont connus soas les marques "Thermoperm", "Thermoflux", "Thermoferrit" ou "Alliage N.M.H.G".
La présence des tubes 8 et 9 modifie, en fonction de la température, la polarisation créée par l'aimant permanent et permet ainsi de compenser les effets de la température sur la fréquence.
En outre, la forme tubulai e de la chambre renfermant la bilame, réduit les pertes magnétiques en créant un effet de lentilles, condensant les lignes de force parallèlement à cette bilame; enfin, ces tubes 8 et 9 forment autour de la bilame t.ll blindage magnétique la protégeant des champs extérieurs en augmentant ainsi la stabilité de l'oscillateur.
Les quatre diagrammes établis sur la base de la littérature ou de mesures de laboratoires, permettent de comprendre le mécanisme de compensation thermique de l'oscillateur. La figure 3 montre que la fréquence de résonance f de la lame diminue lorsque le champ de polarisation P augmente.
La figure 4 indique que le champ de polarisation P, fourni dans ce cas par un aimant permanent, diminue lorsque la température T augmente.
En figure 5 on voit que par la modification des coefficients thermoélastiques, la fréquence de résonance f diminue lorsque la température T augmente. En couplant les effets représentés par les fleures 3 et 4, on voit qu'une augmentation de température correspond à une augmen- tation de la fréquence de résonance, ce qui est l'inverse du phénomène représenté en figure 5. Donc, par unL action des trois effets, il apparait, en figure 6, que malgré l'augmentation de la température T la fréquence de résonance reste constante. I1 suffit donc d'air sur l'un des facteurs, champ de polarisation, température ou coefficient thermoélastique pour résoudre le problème de la compensation.
La présente invention n'est pas limitée a la forme d'exécution décrite mais peut s'appliquer tout aussi bien à des oscillateurs se présentant par et sous la forme d'un barreau rectiligne ou curviligne.
"Magnetostrictive oscillator for time measuring device"
Electronic watches can be fitted with an oscillator formed from a bimetallic strip placed in a magnetic field of polarization and vibrating by magnetostrictive effect. An electronic circuit maintains these vibrations; it is formed of a control coil and a driving coil linked by an amplifier, both surrounding said bimetallic strip.
The frequency of oscillation of the bimetallic strip, a function of the magnetic polarization field, is disturbed by the temperature variations re which modify its linear dimensions, the elastic moduli of the two constituents and, by Villarceau effect, its general shape.
Certain alloys known to the r (, rn of "Invar have a coefficient of expansion practically zero. Others bearing the name" Elinvar "have a thermodlastic coefficient approximately cunstant in a large temperature range. These alloys are however not suitable. not easily to the production of magnetostractive bimetals usable in a wide temperature range, because their overall characteristics would not be sufficient to meet the specifications of a miniature frequency standard.
It has been proposed to place the bimetallic strip in a thermostatically controlled enclosure.
This solution, which can be very satisfactory in the case of an instrument of large dimensions, is difficult to reconcile with the dimensions of a wristwatch.
It has also been proposed to produce the bimetal in a tubular form, comprising a nickel tube with a positive temperature coefficient, the interior of which is filled with a nickel steel with a negative temperature coefficient. Such a construction makes it possible to achieve a temperature coefficient close to zero.
The present invention achieves the same object by using a bimetallic strip, the temperature coefficient of which may be other than zero, thus leaving greater freedom in the choice of the metals or alloys constituting the bimetallic strip. It also involves, for thermal compensation
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Its object is a magnetostrictive oscillator formed of a bimetallic strip of which at least one of the constituents has magnetic tostrictive properties, of a control coil and a maintenance coil arranged around the bimetallic strip and connected by a amplification circuit to maintain the oscillations of the bimetal.
1l is characterized by the fact that the bimetallic strip and its coils come out arranged inside a chamber whose magnetic characteristics vary according to the temperature, with the aim of compensating, by a modification of the polarization field, the effects the temperature on the bimetallic strip,
The accompanying drawing shows, by way of example, one embodiment of the object of the present invention.
Fig. 1 is a general view thereof, part in section, and in FIG. 2 a section according to II of FIG. 1.
Figs. 3, 4, 5 and 6 are diagrams illustrating the operation.
Said embodiment comprises a bimetal 1 having the shape of a
U, of which at least one of the constituents exhibits magneto-restrictive properties; it is fixed by its nodal points 2 and 3 to vibrate in bending.
Around this bimetal 1 is the control coil 4 in which is induced a voltage caused by the variation of induction of the bimetal under the effect of mechanical bending stresses and a driving coil 5 which maintains the oscillations of the bimetal by niagnetostrictive Joule effect. An electronic amplification circuit 6 is placed between the coils 4 and 5. A permanent magnet 7, in the form of a U-shaped tube and magnetized along its main axis, envelops the rounded part of the bimetallic strip 1, the rectiligrous branches of which are housed in tubes 8, 9, intimately linked to the permanent magnet 7 and formed of a material whose magnetic permeability varies as a function of the temperature.
Similar materials are known under the trademarks "Thermoperm", "Thermoflux", "Thermoferrit" or "Alliage N.M.H.G".
The presence of tubes 8 and 9 modifies, as a function of temperature, the polarization created by the permanent magnet and thus makes it possible to compensate for the effects of temperature on the frequency.
In addition, the tubular shape of the chamber enclosing the bimetallic strip, reduces magnetic losses by creating a lens effect, condensing the lines of force parallel to this bimetallic strip; finally, these tubes 8 and 9 form around the bimetallic strip t.ll magnetic shielding protecting it from external fields, thus increasing the stability of the oscillator.
The four diagrams, established on the basis of the literature or of laboratory measurements, make it possible to understand the mechanism of thermal compensation of the oscillator. FIG. 3 shows that the resonant frequency f of the blade decreases when the polarization field P increases.
FIG. 4 indicates that the polarization field P, supplied in this case by a permanent magnet, decreases when the temperature T increases.
In FIG. 5 it can be seen that by modifying the thermoelastic coefficients, the resonant frequency f decreases when the temperature T increases. By coupling the effects represented by flowers 3 and 4, we see that an increase in temperature corresponds to an increase in the resonant frequency, which is the reverse of the phenomenon represented in figure 5. Therefore, by an action of the three effects, it appears, in FIG. 6, that despite the increase in temperature T, the resonant frequency remains constant. Air is therefore sufficient on one of the factors, polarization field, temperature or thermoelastic coefficient to solve the problem of compensation.
The present invention is not limited to the embodiment described but can be applied just as well to oscillators in and in the form of a rectilinear or curvilinear bar.