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La présente invention concerne une pièce d'horlogerie électri- que comprenant un vibreur comme base de temps, un élément électrostrictif d'excitation du vibreur, au moins un élément élec- trostrictif de détection des vibrations du vibreur, et un circuit d'entraînement du vibreur comprenant un élément actif d'entraînement agencé, en coopération avec lesdits éléments électro- strictifs d'excitation et de détection, pour commander et entretenir le vibreur en vibration. .
Les circuits oscillateurs à vibreur fonctionnant par électrostric- tion qui sont connus (comme par exemple celui dont le schéma est représenté à la fig. 1 du dessin annexé) présentent l'inconvénient d'être instables ou difficilement stabilisables quant à leur amplitude d'oscillation.
D'une manière générale, d'après ce qui est connu, dans le cas d'un vibreur mécanique entraîné par électrostriction, il serait nécessaire d'appliquer un courant constant dans l'électrode d'excitation pour pouvoir maintenir l'amplitude à l'intérieur de valeurs- limites adéquates prédéterminées.
En d'autres termes il serait nécessaire d'exciter ce vibreur à courant constant, c'est-à-dire qu'il faudrait prévoir, en plus du circuit d'entraînement, branché en aval de ce circuit entre celui-ci et le vibreur, un transformateur d'impédance tension constante/courant constant , lequel comprendrait des composants passifs du type bobine d'inductance et/ou condensateur, et serait connecté entre la source d'excitation et l'électrode d'entraînement du vibreur. Un tel transformateur d'impédance comportant des composants passifs est en fait coù- teux, compliqué et d'une mise au point délicate.
Dans les circuits oscillateurs à vibreur entraîné par électro- striction, qui ne sont pas munis d'un tel transformateur d'impédance (par exemple celui dont le schéma est représenté à la fig. 1), l'amplitude d'oscillation est instable et varie dans une forte mesure en fonction de la charge appliquée au vibreur. Des variations d'amplitude d'oscillations d'un tel vibreur mécanique peuvent être également provoquées par des chocs mécaniques appliqués de l'extérieur.
On a déjà proposé une pièce d'horlogerie électrique comprenant un vibreur, un circuit d'entraînement de ce vibreur, un élément électrostrictif d'excitation par lequel ledit circuit est apte à fournir une énergie au vibreur, et un élément électrostrictif de captage de la vibration du vibreur connecté au moins pour contribuer à l'entretien de l'oscillation de ce dernier. Ce vibreur constitue une base de temps et entraîne directement les trains d'engrenages du mouvement.
On a également déjà proposé, une pièce d'horlogerie électrique comprenant un balancier, un circuit d'entraînement de ce balancier et des moyens prévus pour imposer, par action sur ledit circuit, au moins une limite à l'amplitude de l'oscillation dudit balancier. Lesdits moyens sont agencés de manière à faire varier l'impédance dudit circuit pour maintenir constante l'amplitude d'oscillation lorsque celle-ci tend à dépasser une valeur prédéterminée par l'agencement desdits moyens.
Ledit circuit d'entraînement comporte un transistor opérateur pour entraîner le balancier et lesdits moyens comprenant un transistor de commande dont le circuit émetteur-collecteur est branché dans ledit circuit d'entraînement entre la base et l'émetteur dudit transistor opérateur. Ledit transistor de commande est agencé pour être rendu conducteur par l'intermédiaire d'un capteur monté entre l'émetteur et la base lorsque l'amplitude d'oscillation du balancier tend à dépasser une valeur déterminée par l'agencement dudit transistor de commande. Enfin, dans une forme d'exécution de cette pièce antérieurement connue, une bobine constitue à la fois un élément de captage de l'oscillation du balancier et un élément de test de l'amplitude d'oscillation.
Ledit transistor opérateur possède une résistance de polarisation et un condensateur de neutralisation.
Toutefois. dans un dispositif que l'on pourrait imaginer en combinant différents éléments de ces deux pièces d'horlogerie antérieurement connues, on aurait bien un circuit comportant des moyens de stabilisation de l'amplitude, mais les moyens de con- ditionnement contenus dans ce circuit seraient, en s'en tenant à ce qui était antérieurement divulgué, commandés par une tension alternative induite dans une bobine. Une commande de conditionnement par tin signal purement alternatif est défavorable au moins dans le cas d'un vibreur entraîné par électrostriction où l'on a une notable sensibilité par rapport à la phase.
Dans le circuit de la seconde des pièces d'horlogerie antérieurement proposée en question, on a effectivement une diode insérée entre la base et l'émetteur d'un transistor d'entraînement en vue de stabiliser le seuil de tension de cette jonction. Toutefois, cette diode est insérée avec la même polarité que la jonction base émetteur du transistor, de sorte que l'on n'a pas un effet de redressement; de plus, il ne s'agit pas d'un transistor de conditionnement (ou de stabilisation) mais directement du transistor d'entraînement.
Les moyens de stabilisation restent donc commandés par une tension alternative (sans composante continue) ce qui ne serait pas favorable dans le cas d'un vibreur entraîné par électrostriction. Même une combinaison de ce qui peut être tiré de ces deux divulgations antérieures ne résoudrait donc pas favorablement le problème de la stabilisation de l'amplitude dans le cas d'un vibreur entraîné par électro- striction.
On a également déjà proposé un oscillateur électronique qui comprend un vibreur, un circuit d'entraînement de ce vibreur, deux éléments électrostrictifs d'excitation par lesquels ledit circuit est apte à fournir une énergie au vibreur, et deux éléments élec- trostrictifs de captage de la vibration du vibreur connectés aux moyens prévus pour imposer, par action sur ledit circuit, une stabilisation de l'amplitude de l'oscillation du vibreur. Lesdits éléments électrostrictifs de captage de la vibration du vibreur pour l'entretien de l'oscillation servent en même temps comme capteurs de test pour une chaîne de correction de l'amplitude de l'oscillation.
Dans ce dispositif antérieurement connu, qui par ailleurs fonctionne avec des tubes électroniques et non pas des éléments semiconducteurs, on a bien, il est vrai, un redresseur qui est agencé pour modifier la valeur du signal d'entrée d'un amplificateur, mais la tension n'agit pas sur un élément de réglage (de conditionnement) du circuit. mais sur une tension de polarisation des capteurs électrostatiques montés sur le vibreur. On a du reste deux capteurs qui agissent en opposition de phase et avec lesquels un réglage par polarisation (directement sur les moyens capteurs et non pas sur un élément du circuit proprement dit) n'est possible que si les moyens capteurs ont une caractéristique non linéaire.
Cette particularité qui se présente peut-être d'une manière favorable dans le cas de capteurs électrostatiques ne pourrait pas être avantageusement utilisée, si même elle pouvait l'être, dans le cas d'un capteur électrostrictif. Ce dispositif antérieurement connu ne fournit donc pas lui non plus une solution favorable au problème de la stabilisation de l'amplitude d'un vibreur entraîné par électro- striction.
Le but de la présente invention est de fournir une pièce d'horlogerie électrique comprenant un vibreur entraîné par électrostric- tion ne présentant pas les inconvénients susmentionnés, c'est-à- dire une pièce d'horlogerie électrique comprenant un vibreur, entraîné par électrostriction, dont l'amplitude d'oscillation soit maintenue relativement constante, indépendamment des perturbations extérieures et des variations de la charge appliquée au vibreur, par des moyens simples et particulièrement bien adaptés aux contingences particulières qui se présentent avec un vibreur entraîné par électrostriction.
Conformément à l'invention, la pièce d'horlogerie électrique comprenant un vibreur, un élément électrostrictif d'excitation du vibreur, au moins un élément électrostrictif de détection des vibrations du vibreur, et un circuit d'entraînement du vibreur comprenant un élément actif agencé, en coopération avec lesdits éléments électrostrictifs d'excitation et de détection, pour commander et entretenir la vibration du vibreur, est caractérisée en ce qu'un élément de conditionnement est branché sur l'entrée dudit circuit
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équipé dudit élément actif d'entraînement, cet élément de conditionnement étant,
pour conditionner le fonctionnement du circuit de manière à maintenir l'amplitude du vibreur à une valeur déterminée, lui-même commandé par un signal redressé que lui fournit un agencement de détection comprenant un élément redresseur branché sur ledit ou un dit élément électrostrictif de détection.
On voit donc que dans la pièce d'horlogerie selon l'invention, on a dans le circuit d'entraînement un élément de conditionnement commandé lui-même par un signal redressé. Cet élément de conditionnement n'est donc pas directement commandé par un signal alternatif détecté du vibreur, mais par un signal redressé, c'est-à-dire comportant une composante continue.
Cette disposition implique un avantage technique certain pour un vibreur entraîné par électrostriction, puisque la présence d'une composante continue dans le signal qui commande les moyens de conditionnement rend notamment le dispositif plus indépendant à l'égard d'éventuelles fluctuations de phase, ce qui répond particulièrement bien aux impératifs qui se présentent dans le cas d'un captage et entraînement électrostrictif.
Le dessin annexé illustre à titre d'exemple des formes d'exécution de l'objet de l'invention, il représente notamment des schémas de formes d'exécution d'oscillateurs conformes à l'objet de l'invention comparativement à un schéma d'un oscillateur antérieurement connu.
La fig. 1 représente le schéma d'un oscillateur à vibreur entraîné par électrostriction connu.
La fig. 2 représente le schéma d'un circuit oscillateur à vibreur entraîné par électrostriction selon une première forme d'exécution conforme à l'objet de l'invention.
La fig. 3 représente le schéma d'un oscillateur à vibreur entraîné par électrostriction selon une seconde forme d'exécution, et la fig. 4 représente schématiquement, vue en plan, une montre électrique comprenant un oscillateur conforme à celui dont le schéma est représenté à la fig. 3 et comportant un vibreur en forme de fourchette ou de diapason.
En vue de maintenir l'amplitude d'oscillation du vibreur constante, ou tout au moins relativement constante, indépendamment des variations de charge appliquées à ce vibreur et des chocs mécaniques appliqués de l'extérieur, il est nécessaire de détecter les variations d'amplitude du vibreur pour commander la différence de phases entre la phase de l'oscillation et la phase de l'excitation et/ou de l'énergie d'entraînement du vibreur.
Cela signifie que la constance du courant appliqué au vibreur est obtenue par commande d'impédance. Un circuit oscillateur de ce type oscille conformément à un vecteur composé relatif aux inductances, capaci- tances, et résistances respectivement du vibreur mécanique et de son circuit d'entraînement. En commandant l'un quelconque de ces vecteurs composants, on peut faire varier le vecteur composé, ce dont résulte une variation de l'impédance du circuit d'entraînement.
Ainsi, en commandant l'un quelconque des composants du circuit d'entraînement du vibreur, on maintient constante l'amplitude d'oscillation de ce dernier. L'élément d'entraînement ou d'excitation peut être commun avec l'élément de commande, ces deux éléments peuvent également être constitués chacun indépendamment. Dans le premier cas, si l'élément d'entraînement ou d'excitation est non linéaire, il est possible de rendre le circuit de commande de l'oscillation sensible aux perturbations extérieures.
En général, le circuit d'entraînement sera constitué en prévoyant, en plus de l'élément d'entraînement ou d'excitation, un élément de commande sensible aux variations d'amplitude de l'oscillation du vibreur et apte à commander l'impédance du circuit d'entraînement.
Sur la fig. 1, qui représente le schéma d'un oscillateur de type connu à vibreur mécanique entraîné par électrostriction, on voit un vibreur mécanique 1, une électrode de détection 2 destinée à détecter la phase d'oscillation par électrostriction, et une électrode d'entraînement ou d'excitation 3 destinée à entraîner en oscillation, c'est-à-dire exciter, le vibreur par électrostriction. On voit également la base 4, le collecteur 5, et l'émetteur 6 d'un transistor compris dans un circuit d'entraînement qui comporte également une résistance 7 de polarisation du transistor et un autotransfor- mateur 8, ce circuit étant alimenté par une pile 9.
L'ensemble oscillateur représenté à la fig. 2 comprend un circuit de commande constitué par une diode, des résistances et un transistor, adjoint à un circuit d'entraînement classique comportant un transistor, un autotransformateur, une résistance et un condensateur. Le circuit de commande que l'on voit sur la fig. 2 à l'intérieur d'un cadre en traits pointillés est adjoint à un circuit d'entraînement d'oscillation ordinaire de manière à amener l'oscillateur à osciller à amplitude constante.
Le circuit de commande (représenté à l'intérieur du cadre en traits pointillés) constitue un moyen pour court-circuiter l'émetteur et la base du transistor du circuit d'entretien, lorsque la tension excède une valeur adéquate prédéterminée, de manière à empêcher dès lors un accroissement de l'amplitude.
Lorsque l'amplitude d'oscillation du vibreur décroît du fait d'une perturbation appliquée de l'extérieur, la phase de l'excitation glisse de telle sorte que l'énergie d'entraînement est appliquéç avec une plus haute efficacité au vibreur, ce qui augmente l'amplitude d'oscillation de celui-ci. Les éléments représentés à la fig. 2 hors du cadre en traits pointillés (dans lequel, comme on l'a déjà indiqué, sont représentés les éléments destinés à réaliser l'opération du maintien de l'amplitude d'oscillation à une valeur constante ou relativement constante) sont semblables à ceux qui ont été décrits en liaison avec la fig. 1, et à eux seuls,
ils ne réaliseraient pas l'opération du maintien de l'amplitude d'oscillation à une valeur constante ou relativement constante.
Sur la fig. 2 on voit que le vibreur est pourvu d'une électrode supplémentaire 24 qui détecte l'amplitude d'oscillation. La tension induite dans cette électrode faite d'un matériau électrostrictif est proportionnelle à l'amplitude de l'oscillation du vibreur, et lorsque cette amplitude augmente de manière telle que se présente au point 25 une tension de pointe négative excédant environ 0,7 Volt, un courant circule à travers la diode au silicium 20 et vient charger électrostatiquement la capacité formée par l'électrode de détection 24 destinée à la commande de l'amplitude. 11 en résulte une augmentation de la tension moyenne au point 25.
Cette tension au point 25 est divisée par le diviseur de tension comprenant les résistances 21 et 22, et, ainsi réduite, elle est appliquée à la base 26 du transistor 23 du circuit de commande. Un ,courant traverse ce transistor 23 lorsque la tension positive de pointe au point 26 excède environ 0,7 volt. Cela signifie que lorsque la tension induite dans l'électrode de détection, tension qui est proportionnelle à l'amplitude d'oscillation du vibreur, excède une valeur prédéterminée et qui dépend du diviseur de tension 21, 22, un courant peut traverser le transistor 23.
De ce fait, la base 14 et l'émetteur 16 du transistor 17 du circuit d'entraînement sont court-circuités, ce qui a pour effet de faire tomber abruptement la tension d'excitation sur l'électrode d'excitation 13, et par là de prévenir tout accroissement de l'amplitude d'oscillation du vibreur. Lorsque cette amplitude décroît du fait, par exemple, d'une perturbation appliquée de l'extérieur, aucun courant ne traverse le transistor 23 et de ce fait le transitor 17 peut fonctionner normalement de sorte qu'un courant suffisant circule pour appliquer une excitation suffisante à l'électrode d'excitation 13, ce par quoi l'amplitude d'oscillation du vibreur augmente.
La fig. 3 représente le schéma d'une autre forme d'exécution d'un oscillateur à vibreur mécanique entraîné par électrostriction pourvu de moyens pour stabiliser au moins partiellement l'amplitude d'oscillation. Dans cette forme d'exécution, l'électrode de détection destinée à maintenir l'oscillation du circuit d'entraînement et l'électrode de détection destinée à la commande de l'amplitude sont communes, c'est-à-dire qu'elles constituent une seule et même électrode de détection 48.
Le principe de fonctionnement de l'oscillateur représenté à la fig. 3 est le même que celui de l'oscillateur représenté à la fig. 2. Une diode 40 est prévue, similairement
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à la diode 20 de la fig. 2, pour maintenir constante la tension induite au point 45; un diviseur de tension à résistances 41 et 42, destinées à maintenir constante la tension au point 46, c'est-à-dire sur la base du transistor de commande 43, correspônd aux divi- seurs de tension 21, 22 représentés à la fig. 2.
Le transistor 43 est rendu conducteur lorsque l'amplitude détectée dépasse la valeur prédéterminée correspondant aux diviseurs de tension 41, 42. On voit par contre, branché entre le point 45 et la base du transistor d'entraînement 51, un condensateur 44, destiné à couper la composante continue du signal, que l'on ne devait pas avoir obligatoirement (mais que l'on aurait pu également avoir) dans le cas correspondant à la fig. 2.
Ce condensateur 44 affecte l'amplitude d'oscillation du vibreur en affectant la phase de commande de celui-ci de la manière suivante: le vibreur entraîné par électrostric- tion est excité, en conditions normales, avec un angle dephase légèrement différent de celui qui correspond aux conditions d'excitation optima. Lorsqu'une charge est appliquée au vibreur, les conditions d'excitation de celui-ci se modifient de manière telle que l'efficacité la plus élevée peut être atteinte.
La fig. 4 est une vue schématique en plan d'une montre électrique comportant comme base de temps un vibreur résonnant en forme de fourchette ou de diapason entraîné par électrostriction. On y voit l'élément électrostrictif 47 qui excite (ou entraîne) la fourchette résonnante 49. On voit également l'élément électros- trictif 48 qui détecte les vibrations de cette fourchette.
Ces éléments, comme d'ailleurs l'autotransformateur 50, le transistor 51 du circuit d'entraînement qui maintient l'oscillation du vibreur, et la pile 52, qui sont représentés dans la vue en plan de la fig. 4, correspondent aux éléments représentés au schéma de la fig. 3.
Alors qu'avec les méthodes classiques il est difficile d'entraîner un vibreur électrostrictif à courant constant et par là de maintenir son amplitude d'oscillation constante, les moyens décrits ci-dessus permettent de réaliser facilement cette performance et fournissent un circuit de commande pour un vibreur électrostrictif qui opère de manière à faire diminuer l'amplitude lorsque celle-ci dépasse une valeur prédéterminée, tandis qu'aucune action de commande de cette sorte ne se trouve appliquée au vibreur en conditions d'oscillation normales.
Avec les vibreurs classiques entraînés élec- tromagnétiquement, on rencontre des difficultés notables pour la fabrication des pièces magnétiques et des bobinages; avec le type d'oscillateur entraîné par électrostriction comme celui décrit ci- dessus, il est possible de réaliser des montres très petites ou très minces, de construction simplifiée, du fait que dans ttne montre munie d'un tel vibreur, les éléments électrostrictifs peuvent être mis en place contre le vibreur au moyen d'adhésifs.