Appareil électrique pour la recherche de. masses de matières magnétiques et de matières
conductrices de l'électricité.
La présente invention a pour objet un appareil électrique pour la recherche de masses de matières magnétiques et de matières conductrices de l'électricité, cet appareil étant utilisable pour la détection de telles masses lorsqu'elles sont disposées de façon que leur recherche par des méthodes simples, telles que la recherche visuelle ou la recherche par contact physique, soit rendue difficile ou impossible; il comprend un oscillateur électrique, un dispositif explorateur et un dispositif détecteur disposés pour fournir une indication en présence d'une masse d'une matière recherchée choisie.
L'appareil objet de l'invention est caractérisé par des moyens. injecteurs agencés pour injecter dans ledit dispositif détecteur une fraction du courant oscillant produit par ledit oscillateur, le tout étant agencé de façon à assurer une sensibilité choisie d'avance de ce dispositif détecteur pour des signaux d'entrée de phase correspondant à ladite matière recherchée choisie.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'appareil selon l'invention.
La figure unique de ce dessin est un schéma électrique seulement partiellement détaillé de cette forme d'exécution.
Le dessin représente un oscillateur électrique 1, un dispositif explorateur 2, des moyens d'équilibrage 3 et un amplificateur 4, le tout étant représenté à gauche de la ligne en pointillé. A droite de cette ligne sont représentés des circuits accessoires ainsi qu'un dis positif indicateur (par exemple un relais téléphonique) qui font partie de l'appareil.
L'oscillateur 1 fournit du courant à l'un des enroulements, 2', du dispositif explorateur 2, et toute tension induite dans l'autre enroulement de ce dispositif est amplifiée par l'amplificateur 4. Les moyens d'équilibrage 3 servent à compenser tout couplage mutuel résiduel entre les enroulements du dispositif explorateur 2 en l'absence de métal dans leur champ commun.
Considérons le fonctionnement du circuit représenté à droite de la ligne pointillée. Un signal fourni par l'amplificateur de tension alternative 4 est combiné à une partie, que nous appellerons X , du signal directement fourni par l'oscillateur 1 à la résistance 5.
Le signal combiné formé par cette addition est redressé par un redresseur 6 et filtré par un condensateur 7, de façon à produire une tension dont l'amplitude est fonction de l'amplitude et de la relation de phase existant entre les signaux de sortie de l'amplificateur 4 et de l'oscillateur 1. Cette tension est équilibrée par une tension de même valeur, constituée par une partie, que nous appellerons X1 , du signal produit par l'oscillateur 1, appliquée à travers une résistance 8 à un redresseur 9 et filtrée par un condensateur 10.
La différence entre ces deux tensions est amplifiée par des tubes 11 et 12 et produit une différence de potentiel entre les anodes 13 et 14 de ces tubes.
La différence de potentiel entre les anodes 13 et 14 est appliquée aux grilles d'une double triode 17 comprenant des anodes 19 et 20 dans le circuit desquelles est branché un relais 18, de sorte qu'un déséquilibre suffisant entre les potentiels des anodes 19 et 20 du tube : 17 provoque le fonctionnement du relais.
On se rend compte que le circuit décrit jusqu'ici est sensible à toute modification suffisamment grande de l'amplitude aussi bien que de la phase du signal reçu de 1'amplifi- cateur 4. L'avantage de cette disposition est expliqué ci-dessous.
En admettant que l'inductance mutuelle des inductances soit initialement égale à zéro, la présence de tout objet métallique susceptible de modifier cet état a pour effet de faire apparaître un courant alternatif dans l'induc- tance exploratrice, et sa détection ne présente aucune difficulté. Cependant, dans tout appareil, il est en pratique impossible de maintenir cette eondition d'induetanee mutuelle¯égale à zéro pendant une période de temps considérable.
Si un faible courant alternatif présentant un angle de phase déterminé (par rapport au courant traversant l'induetance excitée) circule dans l'inductance exploratrice, il est possible que la présence d'un objet métallique ne modifie en rien l'amplitude du signal dans l'indnctance exploratrice et ne modifie que son angle de phase. Par conséquent, un dispositif détecteur sensible uniquement à l'amplitude de ce signai ne provoquera aucune indication signalant la présence d'un tel objet métallique. Dans le dispositif décrit, ceci ne peut pas se passer.
Cependant, il subsiste une difficulté dé coulant dn fait que le couplage entre les enroulements formant le dispositif explorateur peut varier lentement avec le temps, produisant ainsi dans le circuit un déséquilibre qui n'est pas dû. à la présence d'ton objet métallique quelconque. Cette difficulté est vaincue de la manière expliquée ci-dessous.
Les constantes de temps deys condensateurs de couplage 15 et 16 et des résistances 22 et 21 qui relient les anodes 13 et 14 aux grilles du tube suivant 17 sont réglables et choisies de manière telle qu'il soit nécessaire que la vitesse de variation de la différence de potentiel entre les anodes 13 et 14 dépasse une certaine valeur déterminée afin de faire fonctionner le relais 18 branché entre les anodes 19 et 20 du tube 17.
Tant que la vitesse de variation de la diffé rence de potentiel entre les anodes 13 et 14 est inférieure à ladite valeur minimum déterminée, la valeur effective de cette différence de potentiel peut varier, c'est-à-dire que les potentiels des anodes 13 et 14 peuvent cesser d'être équilibrés, et cela sans provoquer le fonctionnement du relais 18. La sensibilité de l appareil à de rapides variations du couplage entre les enroulements du dispositif explorateur, variations produites par le passage d'objets métalliques, est cependant presque intégralement maintenue si cette valeur déterminée de la vitesse de variation de la différence de potentiel entre les anodes 13 et 14 est fortement dépassée.
Enfin, comme on désire assurer d'avance une bonne sensibilité du dispositif détecteur de variations de couplage représenté à droite de la ligne pointillée du dessin, pour une matière recherchée choisie d'avance, on prévoit des moyens tels qu'un condensateur non représenté et branché en parallèle sur la bobine 2' et qui est eapable de changer la phase des courants circulant dans cette bobine.
Dans une réalisation pratique du circuit représenté, une différence de potentiel entre les anodes 13 et 14 pouvant atteindre environ 200 volts était tolérable sans que cela entraîne une perte de sensibilité notable de l'appareil.
Si les parties de signal X et X1 mentionnées ci-dessus et obtenues à partir de l'oscillateur 1 différaient de 20 /o au lieu d'être égales, alors on avait une différence d'environ 200 volts entre les potentiels respectifs des deux anodes 13 et 14 et cela lorsque aucun couplage n'existait entre l'oseillateur 1 et l'entrée de l'amplificateur 4 à l'instant où l'on effectuait la mesure du déséquilibre.
Le déséquilibre maximum encore tolérable pour cet appareil et dû aux enroulements du dispositif explorateur était le même que celui provoqué par un couplage existant entre l oseillateur 1 et l'entrée de l'amplificateur 4 d'une valeur 50 fois plus grande et de même phase qu'un couplage causé par le passage rapide, dans le champ du dispositif explorateur, d'un objet en métal pour lequel la sensibilité était maximum et qui faisait juste déclencher le relais 18. Si ce déséquilibre maximum était dépassé, la différence de potentiel d'environ 200 volts entre les anodes 13 et 14 était également dépassée et l'appareil devenait moins sensible.
Il est important, lorsqu'on emploie un dispositif automatique de neutralisation tel que celui décrit, que l'oscillateur ne soit pas sensible aux variations de la tension du réseau.
De même, l'amplificateur doit être robuste et construit de façon que son gain ne présente pas de variations brusques. Dans bien des cas, il est suffisant de régler à nouveau l'appareil lorsqu'on est obligé de remplaeer des tubes.
Electrical device for the research of. masses of magnetic materials and materials
conductors of electricity.
The present invention relates to an electrical apparatus for searching for masses of magnetic materials and electrically conductive materials, this apparatus being usable for the detection of such masses when they are arranged so that their search by simple methods , such as visual search or search by physical contact, is made difficult or impossible; it comprises an electric oscillator, an explorer device and a detector device arranged to provide an indication in the presence of a mass of a selected desired material.
The apparatus which is the subject of the invention is characterized by means. injectors arranged to inject into said detector device a fraction of the oscillating current produced by said oscillator, the whole being arranged so as to ensure a pre-selected sensitivity of this detector device for phase input signals corresponding to said chosen desired material .
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the apparatus according to the invention.
The single figure in this drawing is an only partially detailed electrical diagram of this embodiment.
The drawing represents an electric oscillator 1, an explorer device 2, balancing means 3 and an amplifier 4, the whole being represented to the left of the dotted line. To the right of this line are represented accessory circuits as well as an indicator device (for example a telephone relay) which are part of the device.
Oscillator 1 supplies current to one of the windings, 2 ', of the scanning device 2, and any voltage induced in the other winding of this device is amplified by the amplifier 4. The balancing means 3 serve to compensate for any residual mutual coupling between the windings of the explorer device 2 in the absence of metal in their common field.
Consider the operation of the circuit shown to the right of the dotted line. A signal supplied by the AC voltage amplifier 4 is combined with a part, which we will call X, of the signal directly supplied by oscillator 1 to resistor 5.
The combined signal formed by this addition is rectified by a rectifier 6 and filtered by a capacitor 7, so as to produce a voltage whose amplitude is a function of the amplitude and of the phase relation existing between the output signals of the amplifier 4 and oscillator 1. This voltage is balanced by a voltage of the same value, formed by a part, which we will call X1, of the signal produced by oscillator 1, applied through a resistor 8 to a rectifier 9 and filtered by a capacitor 10.
The difference between these two voltages is amplified by tubes 11 and 12 and produces a potential difference between the anodes 13 and 14 of these tubes.
The potential difference between the anodes 13 and 14 is applied to the gates of a double triode 17 comprising anodes 19 and 20 in the circuit of which a relay 18 is connected, so that a sufficient imbalance between the potentials of the anodes 19 and 20 of the tube: 17 causes the operation of the relay.
It will be appreciated that the circuit described so far is sensitive to any sufficiently large change in the amplitude as well as the phase of the signal received from amplifier 4. The advantage of this arrangement is explained below. .
Assuming that the mutual inductance of the inductors is initially equal to zero, the presence of any metallic object capable of modifying this state has the effect of causing an alternating current to appear in the exploratory inductance, and its detection presents no difficulty. . However, in any apparatus, it is in practice impossible to maintain this mutual tolerance condition equal to zero for a considerable period of time.
If a weak alternating current having a determined phase angle (with respect to the current passing through the excited inductance) circulates in the scanning inductor, it is possible that the presence of a metallic object does not modify the amplitude of the signal in any way. explorer indnctance and only modifies its phase angle. Consequently, a detector device sensitive only to the amplitude of this signal will not cause any indication indicating the presence of such a metallic object. In the device described, this cannot happen.
However, there remains a difficulty in that the coupling between the windings forming the explorer device can vary slowly with time, thus producing an unbalance in the circuit which is not due. to the presence of any metallic object. This difficulty is overcome in the manner explained below.
The time constants of the coupling capacitors 15 and 16 and of the resistors 22 and 21 which connect the anodes 13 and 14 to the grids of the next tube 17 are adjustable and chosen in such a way that it is necessary that the speed of variation of the difference of potential between the anodes 13 and 14 exceeds a certain determined value in order to operate the relay 18 connected between the anodes 19 and 20 of the tube 17.
As long as the rate of variation of the potential difference between the anodes 13 and 14 is less than said determined minimum value, the effective value of this potential difference may vary, i.e. the potentials of the anodes 13 and 14 can cease to be balanced, and this without causing the operation of relay 18. The sensitivity of the apparatus to rapid variations in the coupling between the windings of the scanning device, variations produced by the passage of metallic objects, is however almost fully maintained if this determined value of the rate of variation of the potential difference between the anodes 13 and 14 is greatly exceeded.
Finally, as it is desired to ensure in advance a good sensitivity of the coupling variation detector device shown to the right of the dotted line in the drawing, for a desired material chosen in advance, means are provided such as a capacitor (not shown) and connected in parallel on the coil 2 'and which is able to change the phase of the currents flowing in this coil.
In a practical embodiment of the circuit shown, a potential difference between the anodes 13 and 14 of up to about 200 volts was tolerable without this causing a significant loss of sensitivity of the device.
If the signal parts X and X1 mentioned above and obtained from oscillator 1 differed by 20 / o instead of being equal, then we had a difference of about 200 volts between the respective potentials of the two anodes. 13 and 14 and that when no coupling existed between the osillator 1 and the input of the amplifier 4 at the moment when the measurement of the imbalance was carried out.
The maximum imbalance still tolerable for this device and due to the windings of the explorer device was the same as that caused by a coupling existing between the oillator 1 and the input of the amplifier 4 of a value 50 times greater and of the same phase a coupling caused by the rapid passage, in the field of the scanning device, of a metal object for which the sensitivity was maximum and which just triggered relay 18. If this maximum imbalance was exceeded, the potential difference d About 200 volts between anodes 13 and 14 was also exceeded and the apparatus became less sensitive.
It is important, when an automatic neutralization device such as that described is used, that the oscillator is not sensitive to variations in the voltage of the network.
Likewise, the amplifier must be robust and constructed so that its gain does not show sudden variations. In many cases it is sufficient to readjust the apparatus when it is necessary to replace tubes.