Appareil pour déterminer l'étendue d'un mouvement relatif
La présente invention a pour objet un appareil pour déterminer l'étendue d'un mouvement relatif entre deux pièces, en particulier un appareil indiquant le mouvement avec une grande précision.
Pour la commandedemachines-outils,par exemple, on peut produire, à l'aide de mouvements relatifs de trames ou autres dispositifs équivalents, des mouvements amplifiés de franges d'interférence d'énergie électromagnétique, notamment des ondes lumineuses, et compter le nombre de franges traversant une tête de lecture, par exemple lors du déplacement d'un chariot de la machine-outil. Ces méthodes nécessitent t un, appareillage, de comptage relativement compliqué et dont la précision est limitée à l'espacement des lignes de la trame servant de référence.
Dans un système connu, une disposition de cellules photoélectriques en quadrature dans une tête de lecture permet d'augmenter jus, qu'à quatre fois le pouvoir de résolution, qui demeure limité par les traits de la trame. Le pouvoir de résolution peut être augmenté en utilisant des trames plus fines, mais les très fines trames sont difficilement utilisables avec sûreté. II est en effet très malaisé de travailler avec des réseaux comprenant plus de 400 lignes par centimètre et, même avec ce grand nombre de lignes, le pouvoir de résolution qui peut être atteint n, est que de 0, 025 mm : 4 = 0, 0065 mm, en utilisant des cellules photoélectriques en quadrature.
De plus, il est difficile d'éviter une ambiguïté des lectures et il faut alors compter les franges à partir d'un point de référence, afin d'obtenir une lecture de la mesure, à moins d'avoir recours à un système à mémoire, ce qui augmente encore la complication.
L'un des buts de la présente invention est de fournir un appareil qui permette de mesurer facilement et avec certitude un mouvement relatif ou une position relative, en utilisant des réseaux de traits relativement grossiers et par conséquent peu com pliqués, tout en obtenant un pouvoir de résolution beaucoup plus grand que ne le permettent les métho- des de comptage.
Un tel mouvement peut être évalué par la lecture d'un ou plusieurs cadrans, qui peuvent être calibrés directement en unités entrant en considération.
L'appareil faisant l'objet de l'invention comprend deux réseaux superposés, chacun monté fixe par rapport à l'une des pièces, agencés. pour produire un jeu de franges, d'interférence dont la position instantanée relativement à une référence fixe est une fonc- tion de la position, relative des pièces, des moyens détecteurs sensibles à la. position des franges et pouvant être actionnés pour produire'un signal perio- dique déphasé, relativement à un signal de référence, d'un angle proportionnel au déplacement des franges à partir d'une position de référence, et un dispositif sensible à la phase pour comparer les phases relatives du signal de référence.
Cet appareil est carac térisé en ce qu'il comprend des moyens pour sélectionner des surfaces rectangulaires du jeu de franges, ces surfaces espacées dans la direction du mouve- ment à mesurer, chacune s'étendant sur une distance d'un tiers de l'intervalle entre deux franges consécutives, les moyens détecteurs étant disposes par rapport à ces surfaces de manière que le signal périodique soit la résultante des composantes dont les amplitudes respectives diffèrent selon la position des franges par rapport aux surfaces, et en ce que les réseaux sont orientés l'un par rapport à l', autre de façon que les franges s'étendent parallèlement à une diagonale de chacune des surfaces.
En pratique, le mouvement d'une frange d'interférence sur une distance correspondant à la séparation entre les franges adjacentes peut être prévu de façon à produire une rotation de phase, c'est-à-dire de vecteur, du signal dérivé, relativement au signal de référence, de 360"par exemple, et si ce mouvement est prévu de façon à correspondre à la distance réelle de 0, 1 mm par exemple, un tour du rotor correspondra à cette distance et, en faisant en sorte que le rotor déplace une aiguille sur une échelle divisée en cent unités, on pourra lire directement en 0, 001 mm.
L'appareil selon l'invention peut présenter aussi un très grand pouvoir de résolution en divisant l'in- tervalle entre les traits successifs d'un réseau de référence, cette division n'étant limitée que par la sensibilité du dispositif indicateur et par le nombre de divisions qui peuvent figurer sur le cadran qui indique les derniers chiffres. Si l'on utilise, par exemple, un réseau de référence. à 200 traits par centimètre et un indicateur dont le cadran comprend 200 divisions, on pourra lire directement en unités de 0, 00025 mm. Un pouvoir de résolution encore plus grand peut être obtenu avec des réseaux encore plus fins ou avec un plus grand nombre de divisions sur le cadran ou encore par multiplication de phase.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, quelques formes d'exécution de l'appareil objet de l'invention et des variantes :
la fig. 1 est une vue schématique en perspective d'une première forme d'exécution,
la fig. 2 est un schéma fonctionnel montrant sous une forme simplifiée le circuit électrique de cette forme d'exécution,
la fig. 3 montre une variante d'un dispositif représenté à la fig. 1,
la fig. 4 représente schématiquement une variante du dispositif selon la fig. 3,
la fig. 5 est le schéma du circuit d'une seconde forme d'exécution,
la fig. 6 est une vue d'une tête magnétique utilisable dans une forme d'exécution à réseaux magné- tiques,
la fig.
7 est une vue en élévation, partiellement en coupe, d'une troisième forme d'exécution,
la fig. 8 est une coupe, à plus grande échelle, selon 8-8 de la fig. 7,
la fig. 9 est une coupe selon 9-9 de la fig. 8,
la fig. 10 est une coupe par 10-10 de la fig. 8,
la fig. 11 est une vue partielle en élévation d'une variante de la forme d'exécution représentée aux fig. 7 à 10,
la fig. 12 est une coupe, à plus grande échelle, de la partie supérieure de la variante représentée à la fig. 11,
la fig. 13 est une vue latérale partielle corres pondant à la fig. 11,
la fig. 14 est le schéma fonctionnel de la forme d'exécution et de la variante des fig. 7 à 10 et 11 à 13,
la fig.
15 est une coupe partielle d'une quatrième forme d'exécution, et
la fig. 16 est une coupe en partie selon A-A et en partie selon B-B de la fig. 15.
Dans l'appareil qui va être décrit, n'importe quelle forme d'énergie électromagnétique capable de produire des franges d'interférence peut être utilisée, mais pour plus de simplicité l'appareil sera décrit tout d'abord sous la forme utilisant de la lumière. Lorsqu'il s'agit de mesurer le mouvement d'un chariot de machine-outil, les franges d'interférence peuvent être produites en utilisant un réseau de traits de référence, qui peut être une règle fixée au berceau de la machine, tandis qu'une règle portée par le chariot se déplace à proximité immédiate du réseau de traits de référence. Ces deux réseaux sont superposés et les franges d'interférence produites par une lumière transmise.
La fig. 1 représente schématiquement un appareil utilisant de la lumière transmise et la fig. 2 en est le schéma des connexions sous une forme simplifiée.
Trois lampes 1, 2 et 3, qui fonctionnent chacune dans une phase d'un système triphasé, sont disposées de manière à éclairer trois fentes allongées 4, 5 et 6 formées dans un cache 7, s'étendant parallèlement les unes aux autres et transversalement à la direction du mouvement qu'il s'agit de mesurer. Deux réseaux de traits superposés, à savoir. un réseau de référence mobile 8 et un réseau fixe 9 faisant office de vernier, dont l'espacement des traits est légèrement différent pour produire des franges de vernier, sont disposés derrière ces fentes et devant un deuxième cache 10 avec trois fentes 11, 12 et 13 s'étendant dans la direction du mouvement du réseau de référence 8.
Enfin., derrière les fentes 11, 12 et 13 du cache 10 se trouvent trois rangées de trois cellules photoélec- triques d, a"et a", b'b"et b"', et c', c"et c" s'étendant dans la direction du mouvement. On entend par réseaux superposés deux réseaux disposés proches l'un de l'autre de façon à être éclairés par un même faisceau lumieux qui traverse successivement ces réseaux. Les lignes d'un des réseaux peuvent être parallèles à celles de l'autre réseau ou former un faible angle avec elles. Les deux réseaux sont disposés de façon que leurs traits soient légèrement inclinés, afin que les franges de vernier se forment en diagonale sur les cellules photoélectriques.
Les traits des réseaux sont en outre agencés de façon que la distance entre les franges d'interférence couvre tout juste une rangée complète de cellules photoélectriques et que l'inclinaison soit telle que lors- qu'une frange s'approche juste du jeu de cellules, par exemple de la cellule a'de la première rangée, la frange immédiatement adjacente d'un côté vient juste de quitter la cellule c'de la troisième rangée.
Le signal de sortie des trois cellules de chaque rangée est combiné vectoriellement et les trois signaux ainsi obtenus sont combinés dans un transformateur triphase 14 (fig. 2), de manière à produire un signal de sortie dérivé triphasé. Tant qu'il n'y a pas de mouvement, ce signal triphasé est en synchronisme avec le signal de referen, ce trphase, c'esta, dire 1'aIi- men, t, ation des lampes 1, 2 et 3 par une source 15, bien qu'il puisse y avoir un retard ou une avance, selon la position de la frange sur le jeu de cellules photoélectriques. Par contre, lorsque la frange se déplace, il se produit une rotation de phase du signal dérivé par rapport au signal de référence,
qui peut être prévue pour atteindre 3600 lorsque chaque frange traverse l'une quelconque ides rangées de cellules.
Le signal dérivé et le signal de référence sont appliqués à un instrument 16 réagissant au déphasage, par exemple aux deux enroulements triphasés d'un synchro-récepteur où le mouvement d'un rotor dé- place une aiguille sur une échelle. Avec un instru- ment de ce genre, il n'y a aucun mouvement du rotor ou de l'aiguille qui lui est raccordée, à moins d'un déphasage entre les vecteurs des champs tournants dans les deux enroulements triphasés, du fait de la a présence des deux signaux, auquel cas le rotor tournera afin de supprimer ce déphasage.
La position de l'aiguille correspondra par conséquent à la position d'une frange d'interférence par rapport au jeu de cellules et, si l'espacement entre les franges est prévu u de manière à correspondre, grâce à une gravure appropriée des traits de réseaux, à un déplacement du réseau de référence 8 de 0, 01 cm, par exemple, une rotation de l'aiguille de l'instrument correspondra à cette distance et, du fait que l'échelle est divisée en cent divisions égales, on obtiendra une lec- ture en unités de 0, 0001 cm.
II est évident que l'in- dication de l'instrument est celle de la position d'une frange d'interférence sur le jeu de cellules et que cette indication ne dépend pas du fait que l'aiguille doit tourner pour suivre le mouvement rapide du chariot de la machine-outil, comme cela serait le cas avec un dispositif de comptage conventionnel, car, aussitôt que le chariot s'arrête à un endroit quelconque de sa course, l'aiguille occupera une position indiquant celle de la frange. En d'autres termes, I'appareil est à lecture directe et complètement différent d'un dispositif de comptage.
Pour certains genres de commandes, où le signal dérivé est am plifié et sert à commander un moteur électrique synchrone, le signal peut être prévu de façon à suivre constamment tous les mouvements des franges, c'està-dire du chariot de la machine. Un dispositif appro- prié de lampes, de cellules photoélectriques et de réseaux de traits pour moduler la lumière de chaque lampe peut être utilisé pour mesurer de 0 à 0i, 01 cm.
On peut utiliser aussi d'autres moyen plus simples, par exemple un dispositif mécanique pouvant en outre servir à indiquer le mouvement du chariot en unités d'un centimètre. Avec l'appareil décrit, la position d'un chariot peut être indiquée à l'aide de trois cadrans, par exemple, l'un gradué en centimètre, I'autre en centièmes de centimètre et le troisième en dix-millièmes de centimètre.
II va de soi que certaines lampes produisent une lumière qui varie à une fréquence double de celle
de leur tension d'alimentation. Pour que le signal de
référence appliqué au récepteur ait la même fré-
quence que le signal dérivé, un doubleur de fré-
quence 17 peut être monté entre la source d'alimen
tation 15 et l'instrument 16.
Un important avantage du jeu de cellules photo
électriques représenté par la fig. 1 et de l'emploi de
franges s'étendant diagonalement sur ce jeu de cel
lules est que, du fait que les signaux de sortie des
trois cellules de chaque rangée sont combinés, ces
cellules peuvent être remplacées par une longue ou
par une courte cellule sur laquelle la lumière tra-
versant la fente respective du cache 10 est concen-
trée par une lentille. Un exemple d'une disposition
de ce genre est décrit ci-après en se référant aux
fig. 7 à 10.
Il n'est toutefois pas nécessaire que les cellules
soient disposées comme l'indique la fig. 1, car d'au
tres dispositions sont possibles.
La fig. 3 montre une autre disposition. Dans ce
cas, les cellules photoélectriquessontdésignéespar
les lettres a, b et c et les signaux de sorties des cel
lules désignées par la même lettre sont combinés
vectoriellement pour produire une phase d'un signal
de sortie. La fig. 3 correspond à la disposition de
la fig. 1, mais avec les jeux de cellules et les fentes
décalés de 900,, de sorte que les trois rectangles en
tourant des groupes de cellules correspondent aux
fentes 4, 5 et 6 du cache 7 de la fig. 1 et montrent
chacun les cellules qui sont éclairées par une lumière
de la même phase.
Les franges dont il est question ne sont pas de
simples franges de diffraction de Fresnel telles que
celles utilisées en interférométrie, mais des franges
d'un type plus compliqué produites par l'action réci-
proque de deux réseaux disposés l'un sur l'autre,
que ces réseaux soient grossiers ou fins. Ces franges
sont connues sous le nom de franges moirées.
Les franges moirées peuvent être divisées en
deux classes : (1) les franges obtenues avec deux ré
seaux grossiers placés très proches l'un de l'autre
de manière que les franges produites soient le résul-
tat d'un simple dessin d'ombres superposées les unes
aux autres, les lois approximatives régissant ces fran-
ges étant très simples ; (2) les franges obtenues avec
des réseaux très fins, espacés l'un de l'autre et pa
rallèles l'un à l'autre, comme dans le type (1), mais
à une distance telle que les lignes de Fresnel dues
au premier réseau viennent en phase optique avec
une seconde série de lignes de Fresnel dues au se
con, réseau.
Dans le cas (1), l'intensité de l'ombre suit une
simple loi linéaire, tandis que dans le cas (2) l'inten-
sité de l'ombre suit une loi sinusoïdale avec certains
harmoniques mineurs.
Les franges produites dans l'appareil décrit
peuvent être des deux types (1) et (2) ci-dessus.
Comme on utilise un déphasage dans le signal élec
trique obtenu à partir de, toute série donnée de cel Iules photo-électriques pour déterminer la position des franges, l'intensité de la lumière totale recueillie par chaque cellule doit suivre une loi simusoïdale relativement à la position du dessin des franges afin que la phase du signal combiné des trois cellules suive les mouvements des franges aussi fidèlement que possible. Si on utilise des franges du type (2), la relation sinusoïdale entre l'illumination et la a position du dessin des franges est inhérente aux franges moirées.
Si on utilise en revanche des franges du type (1), il est important que la lumière totale reçue par chaque cellule soit tielle qu'elle. suive étroitement une loi sinusoïdale relativement à la position des franges, ce qui peut être obtenu en illuminant la cellule par une surface du dessin des franges couvrant exactement un tiers de l'intervalle entre les franges mesuré dans la direction du mouvement des franges, en envoyant à la cellule la lumière d'une surface rectangulaire, et en inclinant les franges afin qu'elles soient parallèles à la diagonale de la surface rectangulaire.
On peut démontrer alors mathématiquement que chaque cellule suit une loi sinusoïdale relativement à la position des franges, avec une précision de 1/10000.
Supposons que le réseau de référence soit le réseau mobile et que le reste ide l'appareil, y compris le second réseau, soit fixe. Si le réseau de référence est déplacé d'une distance d, il se produit un mouvement agrandi du dessin des franges à travers les cellules, tel que m = d. r/s où ni est le mouvement du dessin des franges, r l'intervalle entre les franges et s l'intervalle entre les lignes du réseau de référence.
Si l'intensité de l'ombre sur la surface de la cellule suit une loi sinusoïdale, le niveau moyen d'illumination est modulé par la position de l'ombre de façon que i =L (l-sin) ou i est l'intensité d'illumination le long de toute ligne parallèle à l'incli- naison des franges, L le niveau moyen d'illumination sur tout le dessin des franges, et g = 2. ; c. mlr.
Quand les cellules sont disposées en trois rangées de trois et illuminées par trois lampes disposées les unes au-desssus des autres, une lampe illuminant individuellement une rangée de cellules a, b, c (fig. 3) et quand les lampes sont connectées aux trois phases d'une alimentation triphasée équilibrée et agencées pour donner une lumière qui varie de façon sinusoïdale à la fréquence d'alimentation, les signaux de sorties des trois cellules d'une rangée quelconque diffèrent en phase de ceux des autres rangées de la façon suivante :
el = k. E. sin?t
e., = k E sin ((ot+2z/3)
e = k.
E. sin (ogt+4z/3) où E. sinwt représente la tension appliquée et k est un facteur dépendant de la lumière sortant de chaque lampe et de la réponse de la cellule photoélectrique.
Ainsi, le signal de sortie de chaque cellule dépend de la phase de l'alimentation connectée à la a lampe qui illumine cette cellule et de la modulation introduite par l'ombre du dessin des franges. Le signal de sortie total de la cellule est l'intégrale des diverses intensités lumineuses tombant sur la cellule selon la position de chaque ombre de franges projetée sur cette cellule, multipliée par le facteur dé- pendant de la lumi¯re sortant de la lampe qui illumine ladite cellule. Par conséquent le signal de sortie, c'est-à-dire l'intensité de ce signal, provenant de toute cellule, contient les termes k. E. sincot. L . COS (p.
Supposons que les cellules soient également espacées et couvrent ensemble exactement un intervalle de franges, c'est-à-dire le domaine compris entre deux lignes d'ombre d'intensité maximum voi- sines et comprenant une ligne d'ombre d'intensité minimum, et que les intensités des ombres suivent une loi sinusoïdale, l'illumination des trois cellules aura la forme
il = L. cos c4,
i. cos (ç+2. Z/3)
i l = L. cos (Ti + 4. a/3)
Combinons les signaux de sortie des trois cellules d'une série pour former un signal de sortie monophasé (fig. 2), on a : e=k. E. sin o) t. L. cos (+ a)
+ k.
E. sin ( t+2. z/3). L. cos (cp-f-a-I-2n/3)
+k. E. sin ((ot-t 4. a/3). L. cos (c-I-a+4n/3)
= 3/2. k. E. L. sin (m-cp-a) ou a est une constante dépendant de la position initiale des franges à partir de laquelle la mesure est effectuée.
On voit que la phase du signal de sortie de la série combinée de trois cellules dépend directement de la position du dessin des franges.
De même, les signaux de sortie des cellules combinées d'une autre série quand ils sont combinés, forment un signal dont la phase diffère de celle du signal précédent seulement de 2nu/3, et les signaux de la troisième série de cellules forment un signal dont la phase diffère de 4?/3 du premier. Les trois signaux de sortie combinés forment alors les trois phases d'un signal de sortie triphasé équilibré dont la phase, par rapport à une source fixe de la même fréquence, telle que la source alimentant les lampes, dépend de la position du dessin des franges.
Dans les appareils qui comprennent des réseaux de traits légèrement inclinés l'un par rapport à l'autre, comme c'est le cas par exemple pour les appareils des fig. 1 et 3, il peut être préférable de faire en sorte que le réseau mobile soit placé avec ses traits à angles droits par rapport à la direction du mouvement, car cela évite un déplacement latéral du réseau, ce qui provoquerait un mouvement indési- rable des franges et pourrait fausser l'indication.
Dans une disposition de ce genre, le réseau de référence peut être légèrement incliné sur la direction du mouvement du réseau mobile, ce qui peut être prévu, par exemple, dans le cas de machines-outils s où ce réseau de traits est relativement long, afin de compenser la variation de longueur du réseau avec la température. Une telle compensation peut être obtenue à l'aide d'un dispositif sensible à la tem- pérature, de façon à modifier l'inclinaison du réseau et ainsi sa longueur effective au point de vue de la direction du mouvement.
Lorsque le réseau mobile est légèrement incliné par rapport au réseau fixe, il importe que le système soit prévu de façon que le réseau mobile glisse linéairement et tout à fait parallèlement à la longueur du réseau fixe, dans des guides fixés en relation avec le réseau fixe, plutôt que d'être maintenu exactement parallèle au sens de déplacement du membre mobile ou du chariot de la machine dans laquelle le dispositif de mesure est installé.
Lorsqu'une très grande précision est exigée, il est préférable de prévoir un dispositif qui compense les irrégularités dans le mouvement relatif des deux réseaux de traits, car ces irrégularités sont fortement amplifiées par les mouvements des franges.
C'est ainsi, par exemple, que de légères déviations de l'angle d'inclinaison correcte entre le réseau de référence et le réseau mobile, dans le cas de franges en diagonale jouant le rôle de vernier, selon fig. 1 et 3, peuvent provoquer de fortes déviations de l'angle de diagonale des franges. Dans ce cas, les erreurs peuvent être supprimées en doublant le dispositif de surfaces éclairées et, de cellules photoélec- triques et en faisant en sorte que les erreurs de l'un des dispositifs soient compensées par celles de l'au- tre.
La fig. 4 représente, à titre d'exemple, deux jeux de franges 20 et 21 inclinés de 45O sur la direction du mouvement du réseau mobile, mais sur des diagonales opposées, c'est-à-dire à angles droits l'un par rapport à l'autre, qui peuvent provenir de deux jeux de lampes, lentilles et cellules photoélectriques, la lecture s'opérant par un réseau de référence com mun, les cellules étant disposées comme l'indique la fig. 3, mais avec l'un des jeux inversé de gauche à droite par rapport à l'autre. Dans l'un des jeux, le réseau mobile est légèrement incliné dans le sens des aiguilles d'une montre et, dans l'autre jeu en sens inverse, afin que les directions en diagonale des franges soient opposées.
Les réseaux mobiles peuvent être gravés avec des angles d'inclinaison opposés et appropriés sur la même plaque transparente en verre ou autre, mais il est préférable d'avoir recours à la méthode plus simple qui consiste à utiliser deux plaques gravées d'une façon identique, mais placées indépendamment avec les inclinaisons opposées voulues, sur une coulisse com- mune. Pour plus de commodité et pour économiser de la place, les deux jeux sont montés côte à cote.
Des lentilles divergentes peuvent également permettre de n'utiliser qu'un seul jeu de lampes pour l'éclairage des deux systèmes de franges et, de même, un dispositif optique peut être prévu pour appliquer les deux systèmes à un seul jeu de cellules photoélectriques.
Cette disposition agit comme suit : lorsque la coulisse commune est légèrement déplacée dans un sens, par exemple dans celui des aiguilles d'une montre, les deux jeux de franges diagonales tourneront également dans le sens des aiguilles d'une montre, avec l'amplification mentionnée plus haut, pour atteindre les positions 20'et 21'. Cet écart de l'angle de 450 des franges a pour résultat que, dans les cellules représentées à la fig. 3, les franges se resserreront dans le système 20, le long d'une coordonnée parallèle à la direction du mouvement du réseau mobile, tandis que leur écartement demeurera inchangé le long d'une coordonnée perpendiculaire à ce mouvement.
Par contre, dans le cas des franges du système 21, l'écart de l'angle de 45O augmentera leurs écartements le long d'une coordonnée parallèle à la direction du mouvement.
Il en résultera une modification de la proportion d'énergie lumineuse reçue par l'un des groupes de cellules aaa, bbb, etc., d'une phase de l'éclairage, comparativement à l'énergie reçue des deux autres phases, ce qui dépend des positions momentanées des bandes claires et des bandes sombres dans les rectangles d'illumination, ces différences pouvant être opposées en prenant l'un de chacun des jeux de franges 20 et 21 et en l'opposant à sa paire com plémentaire de l'autre jeu de franges.
Jusqu'ici, on a admis, pour plus de simplicité, que l'appareil fonctionne avec un courant triphasé.
Il va toutefois de soi que le fonctionnement de l'ap- pareil ne dépend pas ide l'emploi de trois phases et qu'il est possible d'utiliser un nombre quelconque de phases, à partir de deux, pour l'alimentation, et à partir d'une phase pour les signaux de sortie des cellules photoélectriques ou d'autres dispositifs sensibles.
Une importante modification peut être apportée à l'appareil décrit, en ce sens qu'un signal de sortie monophasé peut être obtenu à partir des cellules photoélectriques. Si l'on considère la disposition décrite en se référant à la fig. 1, on peut prélever le signal de sortie d'un groupe de cellules a, b, c au lieu du groupe a', a", par exemple ; on a alors un signal monophasé, dont la phase se modifiera a en relation avec l'alimentation de référence, lorsque le jeu de franges se déplace exactement de la même façon et du même angle que le signal de sortie du transformateur triphasé 14.
Il est possible aussi de supprimer, par exemple, les cellules b et c, ainsi que le transformateur 14, et de combiner les trois cellules a', a", a'en une seule cellule, comme décrit plus haut. Le signal monophasé est converti de préférence en un signal triphase à l'aide d'un convertisseur tripElasé, pour être appliqué à l'instrument 16.
Outre une économie de coût et de poids de l'équipement, cette disposition présente l'avantage de ne pas être affectée par des variations mutuelles d'amplitude entre phases, pro venant de modifications dans un grand nombre d'amplificateurs ou de composants, ou dans des cellules photoélectriques, car toute modification intervenant dans le signal monophasé affecte uniformé- ment toutes les phases dans le signal de sortie poly phasée du convertisseur.
Dans une variante de cette disposition, une compensation pour ainsi dire totale des modifications dans les caractéristiques des lampes peut être ob- tenue en sus des avantages signalés ci-dessus. En se e référant à la fig. 5, qui représente de nouveau un système triphasé pour faciliter les explications, les signaux de sortie des trois cellules photoélectriques a, b, c, éclairées par les lampes respectives (non indiquées) excitées par les phases séparées d'une ali mentation triphasée, sont amplifiés séparément dans s des amplificateurs 24 dont les signaux de sortie sont appliqués à un convertisseur triphasé/monophasé 25.
Le signal de sortie monophasé de ce convertisseur est amplifié par un amplificateur 26 et le signal am plifié est appliqué à un deuxième convertisseur 27 qui fournit un signal triphasé à un instrument 28.
Cet instrument est également excité par l'alimentation triphasée des lampes. Au besoin, le signal de sortie de l'amplificateur 26 peut comporter un circuit 29 accordé à la fréquence fondamentale, ce qui réduira les effets des harmoniques.
Dans cette disposition, l'action du premier convertisseur 25 est de faire tourner le vecteur du signal de phase de chaque cellule photoélectrique de l'an- gle de 1200 requis pour combiner additivemen° les signaux polyphasés en un signal monophasé commun. Une modification de l'angle entre le signal de sortie monophasé du premier convertisseur et une phase du signal polyphasé est donc compensée par les modifications opposées de l'angle entre le signal de sortie monophasé et les autres phases du signal polyphasé.
L'amplitude du signal de sortie monophase combiné du premier convertisseur est natu- rellement affectée dans une certaine mesure qui peut être maintenue dans des limites raisonnables, même pour de très grandes modifications de l'intensité lumineuse d'une ou de plusieurs lampes, par limitation d'amplitude et/ou une commande de gain dans l'amplificateur ou les amplificateurs. D'ailleurs, comme cela a été expliqué plus haut, ces variations d'amplitude affectent uniformément toutes les phases du signal de sortie polyphasé du deuxième convertisseur 27, de sorte que la précision de l'indication fournie par l'instrument 28 n'en est pas affectée.
Par conséquent, une modification de l'intensité lumineuse d'une lampe n'affectera pas l'angle de rotation de phase produit par un mouvement donné des franges et même une extinction d'une lampe ne faussera pas sérieusement l'indication de l'instrument.
Au besoin, on peut renoncer au système d'éclai- rage polyphasé utilisé dans les formes d'exécution décrites dans ce qui précède. Le même résultat peut être obtenu, par exemple, en utilisant une source modulée de lumière constante, par l'interposition entre une unique lampe et les réseaux de traits d'un cylindre ou disque transparent, entraîné en synchro- nisme par un petit moteur à courant alternatif monophase pouvant servir de signal de référence, ce cylindre ou ce disque comportant des bandes opaques et des bandes transparentes, graduées sinusoïdale- ment, qui peuvent y être appliquées photographiquement ou par d'autres moyens.
Cette méthode présente l'avantage de supprimer des erreurs dues à des différences d'intensité lumineuses à différentes phases, comme cela peut se produire lorsqu'une lampe différente est utilisée pour chaque phase. Les graduations seraient disposées de manière à masquer successivement les fentes, pour simuler un éclairage par plusieurs lampes (trois dans ce cas) excitées par différentes phases d'une alimentation polyphasée, comme décrit plus haut.
II va de soi que l'appareil envisagé transforme le mouvement d'un jeu de franges, produit par le mouvement relatif entre deux réseaux de traits, en un signal électrique à modulation de phase, plutôt qu'en un signal à modulation d'amplitude selon certains systèmes connus.
L'emploi de signaux à modulation de phase offre de nombreux avantages, dont quelques-uns sont décrits ci-après.
Il est évident que les mouvements du jeu de franges modulent sinusoïdalement la lumière provenant de chaque lampe de phase et que, si la quantité de lumière projetée sur chaque cellule par chaque lampe de phase en passant par des parties uniformé- ment sombres du jeu de franges est d'une intensité égale, chaque phase des signaux combinés vectoriellement conservera une amplitude constante pour n'importe quelle position des. franges et n'importe quelle modification de phase. Ces signaux seront en outre exempts, pour ainsi dire, de distorsion ou d'harmoniques.
Un autre avantage de la méthode de lecture sans modification d'amplitude est que, à tous les stades de la transmission des signaux depuis n'importe quelle cellule photoélectrique ou groupe de cellules, les amplificateurs, composants ou autres organes sont soumis à une charge constante. De ce fait, il ne peut se produire aucune distorsion dans la modulation de phase du signal fondamental par suite d'une nonlinéarité des caractéristiques de transmission ou d'amplification. Tous ces organes peuvent donc être d'une construction simple.
Dans la plupart des formes d'exécution de l'appareil, des dispositifs sont prévus pour obtenir les intensités uniformes, en utilisant des collimateurs afin de maintenir les faisceaux sensiblement parallèles lors de leur passage à travers les réseaux de traits, en masquant et/ou en ajustant les tensions appliquées aux lampes et/ou en ajustant les cou- rants de sortie des cellules photoélectriques. Le masquage se fait en interposant entre les lampes et/ou les cellules photoélectriques un écran opaque percé de trous permettant à la lumière d'atteindre les ré seaux à traits ou de provenir de ceux-ci,
ces trous étant disposes de façon à couvrir les surfaces de travail du jeu de franges et ajustés de telle sorte que des quantités uniformes de lumière parviennent à ces surfaces. Les écrans de masquage servent à équilibrer les éléments d'éclairage, tandis que l'ajustage des tensions des lampes et des courants de sortie des cellules photoélectriques, par de simples dsise positifs électriques, tels que des rhéostats, des poten tiomètres, etc., sert à l'ajustage fin. On peut ainsi éliminer complètement les'harmoniques et la distor- sion, car la réponse effective de chaque cellule à chaque lampe successivement peut être contrôlée et équilibrée avec précision.
Cela permet également d'éliminer tous les effets nuisibles qu'une lumière ambiante ou des réflexions internes de l'appareil pourraient exercer sur la réponse des cellules photoélectriques.
Un autre avantage est que des changements d'amplitude d'un signal de phase, par rapport aux autres, comme cela pourrait se produire à la suite du remplacement d'un tube amplificateur ou d'un transistor ou d'une cellule photoélectrique ou d'un autre organe, ou par suite de différences dans les caractéristiques de vieillissement ou de température d'un composant ou d'un autre, peuvent être évités par une limitation d'amplitude, et/ou une commande automatique du gain, ou par réaction négative dans les amplificateurs.
Un autre avantage est que les transformateurs et autres équipements peuvent être complètement char gés et même surchargés sans perte de relation de phase entre les phases à la fréquence fondamentale, c'est-à-dire sans diminution de la précision de l'in- dication des mesures, ce qui permet de réduire consi- dérablement la grandeur de l'équipement et de minia- turiser les parties électriques de l'appareil.
Un autre avantage de la modulation de phase est que l'entretien de l'appareil est rendu plus simple et que la précision peut être plus facilement maintenue car, du fait que le signal est indépendant de l'amplitude en ce qui concerne la précision de l'in- formation qu'il porte, il est possible d'éliminer, par une limitation dans les étages d'amplification, toute influence affectant l'amplitude qui pourrait provenir de fluctuations de la tension d'alimentation des am plificateurs, etc., de modifications de performance des transistors ou cellules photoélectriques par suite de variations de température, de remplacement ou de vieillissement, etc.
En pratique, on peut admettre des modifications relativement considérables de l'amplitude du signal, c'est-à-dire de la puissance fournie au récepteur, pour autant que ces modifications demeurent dans le domaine de sensibilité du récepteur ou de l'indicateur, et des remplacements normaux d'organes usés ne nécessiteront pas d'ajustages pour conserver la précision.
Des principes tout à fait analogues à ceux qui régissent les réseaux de traits optiques sont applicables aux réseaux magnétiques, sous forme de bande magnétique et du ruban ou de fil d'acier. Dans ce cas, les réseaux consistent en zones parallèles, avec pôles N et S alternés, sur un matériau de base, de telle sorte que la polarité alterne dans le sens du mouvement relatif entre les deux réseaux.
Les zones aimantées ont la forme d'étroites zones de polarité alternée qui se présentent, dans le cas d'une bande ou d'un ruban, sous forme de lignes transversales ou, d'ans le cas d'un fil, sous forme de disques ou sections rapprochés les uns des autres et aimantés de manière que les pôles adjacents aient la même polarité. Le réseau de référence est aimanté à intervalles exactement réglés, comme dans le cas des réseaux à traits optiques, correspondant à une fraction convenable des unités avec lesquelles les mesures seront exprimées, par exemple 39, 4 pôles
N par centimètre, avec intercalation de 39, 4 pôles S par centimètre. D'autes intervalles quelconques peuvent être prévus sans que cela n'affecte le principe du fonctionnement.
Le réseau mobile est aimanté de la même façon, à des intervalles réguliers, de manière à obtenir un effet, de vernier lorsque les deux réseaux sont utilisés conjointement. C'est-à-dire que s'il faut, par exemple, un jeu d'interférence de pôles magnétiques avec un intervalle d'une unité par centimètre pour la tête de lecture, les intervalles du réseau mobile seront de 39, 7 pôles N et 39, 7 pôles S par centimètre ou de 39, 0 pôles N et 39, 0 pôles S par centimètre.
La disposition de ces deux réseaux à proximité immédiate l'un de l'autre a pour effet de produire des zones d'interférence de champ magnétique plus fort, alternant avec des zones de champ magnétique plus faible, selon que la zone se trouve dans une région où les actions des pôles N et S des deux réseaux s'ajoutent ou s'opposent.
Dans une disposition typique utilisant des réseaux magnétiques, le réseau de référence peut être une bande magnétique en matière plastique,commepour les enregistreurs magnétiques, tandis que le réseau vernier peut être une mince plaque d'acier aimanté d'une manière analogue. La bande constituant le réseau de référence est mobile, alors que le réseau vernier est fixe et légèrement incliné, afin de produire un jeu d'interférence magnétique incliné diagonalement. Près des réseaux superposés est disposé un jeu de neuf têtes magnétiques, du type à porte de flux, en carré, de, façon que les bandes d'interférence soient parallèles à une diagonale de ce carré et franchissent successivement cette diagonale lorsqu'elles se déplacent par suite du mouvement du réseau de référence.
Une tête magnétique est représentée à la fig. 6.
Elle comprend deux jambes 37 et 39 en matériau ferromagnétique, jointes à l'une des extrémités par une culasse et espacées à l'autre extrémité par un entrefer 34. Cet entrefer peut être libre ou être rempli avec un matériau non magnétique ou diamagnétique. Pour l'emploi, la tête magnétique est disposée de façon que l'entrefer soit étroitement ad jacent à l'un des réseaux magnétiques et aligné avec la diagonale du carré, qui est parallèle à une frange.
Entre leurs extrémités, les jambes sont reliées par un pontet 35 en matériau ferromagnétique à boucle d'hystérésis rectangulaire. La tête porte un enroulement primaire 36 sur la jambe 37 et un enroulement secondaire 38 sur la jambe 39, tandis qu'un autre enroulement 40, sur la culasse, est excité par une source de courant continu réglable 41 de façon que le flux dans le pontet 35 approche de la saturation.
Au besoin, un autre enroulement relié à la source 41 peut être disposé sur le pontet 35 et excité de façon à éviter un trop fort flux à travers l'entrefer 34.
Un courant alternatif formant une phase d'un signal de référence est appliqué à l'enroulement primaire 36, de façon qu'un faible champ alternatif soit superposé au champ magnétique constant dans le pontet 35 presque saturé et produise un flux fluctuant joignant l'enroulement secondaire 38 et y induisant une force électromotrice, alternative en syn chronisme. Le couplage efficace et la valeur de la force électromotrice induite dans l'enroulement secondaire 38 dépendent de la perméabilité effective du circuit magnétique qui joue le rôle d'un transformateur.
Des variations du champ magnétique à travers l'entrefer 34, par suite de changements dans la position du jeu d'interférence magnétique provenant des deux réseaux, modifient le degré de saturation du circuit du transformateur et par conséquent la force électromagnétique induite dans l'enroulement secondaire.
Comme dans le cas de la disposition optique représentée à la fig. 1, les éléments sensibles (qui sont alors les têtes magnétiques au lieu des cellules photoélectriques) sont interconnectés de façon que ceux qui répondent à une phase quelconque du signal de référence fournissent une sortie combinée. Pour cela, les neuf têtes magnétiques sont disposées par trois dans chaque colonne, ce qui donne trois ran gées de trois têtes. Les enroulements primaires de toutes les têtes magnétiques d'une colonne sont reliées à une phase d'une source triphasée, celles de la deuxième colonne le sont à la deuxième phase et celles de la troisième colonne à la troisième phase.
Les enroulements secondaires des trois têtes de chaque rangée sont interconnectés et chaque rangée fournit une phase d'un signal de sortie triphasé qui est appliqué, après amplification, à un phasemètre ou à un synchrorécepteur pour comparaison avec le signal de référence.
La disposition est donc essentiellement la même que celle qui a été décrite en relation avec un système optique, de sorte que de plus amples explications seraient superflues.
D'autres formes d'exécution vont être décrites afin de mieux faire comprendre les applications possibles.
La forme d'exécution représentée aux fig. 7 à 10 est une jauge de hauteur d'une construction conven- tonnelle modifiée. Cet instrument possède un socle
51 qui porte une colonne filetée 52, sur laquelle peut coulisser un cadre rigide 53 dans lequel une coulisse rectangulaire 54 porte un. palpeur 55 et peut glisser librement entre deux guides verticaux 56, sur des paliers à roulements à billes 57.
La coulisse 54 possède une fenêtre dans laquelle est fixée une échelle en verre 58 qui se déplace ver ticalement avec la coulisse dans un plan parallèle à un verre fixe 59 et est graduée photographiquement sur toute sa longueur, sur une moitié de l'une de ses faces, avec un réseau de référence 60 comportant 39, 4 traits horizontaux droits par centimètre.
Ces traits sont opaques à la lumière et ont la même largeur que l'intervalle qui les sépare, c'est-à-dire un rapport trait/espace de 1 : 1. Ce réseau de traits fait face à un réseau vernier semblable 61, comportant 39, 9 traits horizontaux par centimètre, avec le même rapport trait/espace de 1 : 1, sur la moitié de la face du verre vernier 59 opposée au réseau de traits de référence 60 et très rapprochée de celui-ci.
L'autre moitié de la même face du verre 58 porte, reproduites photographiquement, des échelles 62 codées d'un type binaire connu et constitue, conjointement à un réseau fixe 63, l'élément générateur de signaux d'un chiffreur numérique.
Trois lampes au néon 64, excitées chacune par une phase différente d'une alimentation triphasée à 50 Hz, sont disposées en une rangée horizontale, leurs axes étant espacés de 6, 3 mm, de façon à transmettre leur lumière à travers une lentille triple 65a, le réseau de référence 60, le réseau vernier 61 et une autre lentille triple 65b, pour éclairer trois cellules photoélectriques 66 disposées en colonne ver ticale, avec leurs axes espacés de 6, 3 mm.
Chacune des lentilles triples 65a et 65b consiste en trois simples lentilles plan-convexes identiques, chacune de forme rectangulaire, symétriquement autour de leur axe optique, d'une grandeur sensiblement égale à 19 X 6, 3 mm et cimentées ensemble par leurs faces planes à un verre de couverture, 1'ensemble formant une lentille triple carré de 19 mm de côté, avec trois axes optiques distants de 6, 3 mm.
Afin de réduire les effets de réflexions internes dans la combinaison des trois lentilles et de corriger de légères erreurs d'alignement des trois axes optiques de l'une ou l'autre des deux lentilles triples montées dans l'instrument, on peut prévoir un écran 67 percé de trois rangées de trois trous semblables et placé entre la lentille triple 65a la plus proche des lampes 64 et l'échelle de verre 58.
Le réseau de traits de référence 60 se déplace dans un plan proche de celui du réseau vernier 61.
Par suite de l'interférence de la lumière provenant des lampes 64 et traversant les deux réseaux de traits 60 et 61, il se produit un jeu de franges d'interférence sous forme de bandes rectilignes lumineuses et de bandes sombres, qui modifient l'éclairage des cellules photoélectriques 66. Les franges ont un espacement vertical de 19 mm, soit trois fois l'espace ment axial des cellules photoélectriques, et en pIa çant le réseau vernier 61 avec un léger angle par rapport au réseau de référence 60, les franges sont disposées de façon à être inclinées d'un angle de 45 , de sorte qu'elles ont également un espacement horizontal de 19 mm, ce qui correspond à trois fois l'espacement horizontal axial, des lampes 64.
Les lampes 64, les lentilles 65, l'écran 67 et les cellules photoélectriques 66 sont placés de telle sorte que l'axe de la lampe centrale, l'axe central de la lentille triple 65a, le centre du trou central de l'écran 67, 1'axe optique central de la lentille triple 65b et l'axe de la cellule photoélectrique centrale 66 soient tous dans la même ligne perpendiculaire aux plans des réseaux de traits 60 et 61 et sonsiblement au centre du jeu de franges. Ainsi, les axes des trois lampes 64 et les trois axes optiques de la lentille triple 65a coincident et sont dans le même plan horizontal, tandis que les axes des trois cellules photoélectriques 66 coïncident et sont dans le même plan vertical que les axes optiques de la lentille triple 65b.
Chaque lampe 64 est espacée de la lentille triple 65a de manière que son centre se trouve sensiblement au foyer de l'élément de lentille 65a correspondant, ce qui produit un faisceau de lumière rec tangulaire collimaté qui traverse les réseaux de traits 60 et 61, puis pénètre dans la lentille triple 65b.
De même, les cellules. photoélectriques 66 sont placées individuellement avec les centres de leurs éléments sensibles à la lumière situés aux foyers des trois s éléments de la lentille 65b.
Ainsi, la lumière de chaque lampe 64, qui traverse l'élément respectif de la lentille 65a, est divisée par les trois déments de la lentille 656 en trois faisceaux qui convergent vers les trois cellules photoélectriques 66. Afin de réduire la dispersion de la lumière, chaque lentille triple peut être fixée à l'ex- trémité d'un tube carré 73, bien ajusté, et noirci à l'intérieur, s'étendant parallèlement à l'axe central du système.
Le jeu de franges est ainsi limité à celle des parties qui se trouve à l'intérieur de la surface carrée couverte par les lentilles triples 65a et 65b, cette surface étant subdivisée en neuf sections carrées de 6. 3 mm de côté, disposées symétriquement
en trois rangées de trois, qui sont plus ou moins
obscurcies diagonalement par les bandes opaques du jeu de franges.
Un déplacement vertical de la coulisse 54 dé- placera verticalement le réseau de traits 60, ce qui
produira un déplacement vertical amplifié des franges
et, comme on le sait, tout mouvement du réseau 60
qui se poursuit fait passer verticalement des. franges
claires et opaques entre les lentilles, en ordre cycli
que, chaque cycle correspondant à un déplacement
de 2, 54 centièmes de centimètre de la coulisse rec
tangulaire 54. Lorsque cette coulisse'est stationnaire,
les franges demeureront stationnaires dans le champ
des deux lentilles 65, dans une position qui dépend
de la position verticale relative des deux réseaux de
traits 60 et 61.
Quelle que soit la position des franges, la quantité totale de lumière qui atteint un élément de cellule photoélectrique demeure la même, car elle est captée par l'élément correspondant de la lentille, en alignement avec son axe, la longueur de l'élément de lentille correspondant à l'écartement entre les franges dans le sens de leur longueur, c'est- à-dire horizontalement, et également parce que la lumière provenant des lampes 64 est collimatée uni- formément sur la surface occupée par l'élément de lentille.
Par suite de légères différences entre l'une ou l'autre des lampes 64 et différenbes parties de l'élé- ment de lentille qui collimate la lumière de cotte lampe, il peut y avoir des différences dans la quantité totale de lumière qui atteint une cellule photoélec- trique 66, par rapport à celle qui atteint une autre cellule. Ces différences peuvent être largement com- pensées par de légères modifications de la grandeur des trous dans une colonne verticale de l'écran 67, afin que la quantité Ide lumière traversan ; t cette oo ;- lonne soit la même que celle traversant chacune des deux autres colonnes. Normalement, les trous dans la colonne centrale des trous seront un peu plus petits que ceux des autres colonnes.
De même, la quantité de lumière dirigée sur l'une des cellules photoélectriques par l'élément de lentille correspondant tend à être légèrement plus. grande depuis le centre de l'élément que depuis les côtés de celui-ci. Cela peut également être corrigé en, rendant les trous de la rangée horizontale de trous dans. l'écran 67 lé- gèrement plus. petits que ceux des rangées horizontales supérieure et inférieure. Le plus petit des trous de l'écran 67 sera ainsi le trou central, tandis que les trous les plus grands seront ceux situés aux angles du jeu de neuf trous.
Pour obtenir un ajustement encore plus fin, lors de l'assemblage d'un instrument, l'intensité de la lumière fournie par chaque lampe 64 peut également être réglée par un simple dispositif électrique et la réponse de chaque cellule photoélectrique peut être égalisée par un simple dispositif électrique.
De même, d'autres différences dans 1'éclairage des cellules photoélectriques, qui pourraient survenir en pratique par suite de réflexions par les côtés des tubes carrés ou par d'autres parties de l'appareil ou pour d'autres causes, peuvent être supprimées.
Si l'on considère la quantité de lumière atteignant une cellule photoélectrique 66, la part reçue des trois lampes 64 diffère d'une lampe à l'autre, selon la position des parties opaques du jeu de franges. Si une lampe 64a est masquée au maximum de variation entre différentes parties du jeu de franges, du fait qu'une bande opaque se trouve exactement diago- nalement à travers l'élément carré de 6, 3 mm du champ de la lentille qui relie cette cellule photoélectrique à la lampe 64a, le reste de la lumière qui atteint la cellule photoélectrique proviendra unifor- mément des deux autres lampes et cette lumière sera plus intense depuis ces deux lampes que depuis la lampe 64a partiellement masquée.
Lorsque la bande opaque se. déplace légèrement de cette position, la lumière provenant de la lampe 64a augmentera, de même que celle provenant de l'une des autres lampes, par exemple de la lampe 64c et, du fait que la quantité totale de lumière atteignant la cellule photoélectrique doit demeurer constante, la lumière provenant de la troisième lampe 64b diminuera en conséquence.
Lorsque les franges se déplacent d'une façon continue, la quantité de lumière atteignant l'une quelconque des cellules photoélectriques variera selon une loi sinusoïdale cyclique, pour chaque lampe 64 successivement, ceci selon la direction de passage des bandes par rapport à l'ordre dans lequel les trois lampes 64 sont placées. Etant donné que l'am- pleur de la réponse des cellules photoélectriques correspondant à chaque lampe est égale en moyenne, ces variations cycliques sinusoïdales de l'intensité de lumière suivront exactement le mouvement linéaire des franges, et les pointes de la courbe sinusoïdale d'intensité lumineuse selon le mouvement linéaire seront d'égale amplitude pour toutes les trois sources de lumière.
Ce système fournit ainsi une méthode de division optique de la surface carré de 19 mm du jeu de franges exploré par les lampes 64 et les cellules photoélectriques 66 en neuf carrés égaux de 6, 3 mm de côté, en n'utilisant que trois lampes et trois cellules photoélectriques, au lieu de la méthode décrite en regard de la fig. 1 et qui prévoit neuf cellules.
En excitant les lampes avec les trois phases d'une alimentation triphasée équilibrée, c'est-à-dire avec des phases de tension efficace identique et espacées vectoriellement entre elles de 1200, on obtiendra un signal de sortie triphasé équilibré de trois cellules photoélectriques.
Comme cela a été expliqué plus haut, la relation de phase entre le signal de sortie triphasé des cellules photoélectriques 66 et le signal d'entrée triphasé des lampes 64 dépend de la position des franges et, lorsque la coulisse 54 est déplacée sur chaque distance successive de 2, 54 centièmes de centimètre avec déplacement conséquent du jeu de franges verticalement sur chaque 19 mm successif, la relation de phase entre le signal de sortie triphasé des cellules photoélectriques et le signal d'entrée triphasé des lampes tournera vectoriellement d'une révolution complète, c'est-à-dire de 3600.
Cette rotation de phase est indiquée par un récepteur, comme. décrit précédemment, dans lequel se produit un mouvement relatif de 3600 entre une échelle et une aiguille. En subdivisant l'échelle en cent divisions, la position des traits du réseau de référence 60, par rapport aux traits du réseau vernier 61 fixe, est indiquée avec une précision correspondant à un centième de l'intervalle entre traits successifs du réseau de référence 60. Cet intervalle étant de 2, 54 centièmes de centimètre dans cet ins- trument, chaque division de l'échelle du récepteur indiquera, devant l'aiguille, des déplacements de la coulisse 54 correspondant à 2, 34 dix-millièmes de centimètre.
En estimant à une fraction d'une division la position indiquée par l'aiguille sur l'échelle du récepteur, on peut estimer des valeurs de l'ordre du dix-millième de centimètre et le palpeur 55 peut être utilisé pour mesurer des hauteurs au-dessus d'un niveau de référence approprié variant de 2, 54 centièmes de centimètre avec une précision de l'ordre du dix-millième de centimètre.
Dans une variante de cet instrument, une seule cellule photoélectrique 66 est utilisée, de préférence dans la position centrale des trois cellules indiquées par la fig. 10, et comme cela a déjà été décrit, le signal de sortie monophasé de cette cellule, amplifiée au besoin, est converti en signal triphasé à l'aide d'un convertisseur.
Dans cette méthode qui consiste à n'utiliser qu'une seule cellule photoélectrique (et un seul am plificateur), le signal de sortie de la cellule photoélectrique est un signal composé, étant la résultante des composantes de phase dont les amplitudes dif fèrent selon les quantités de lumière respectives re çues depuis les trois lampes le signal composé est amplifié et résolu en un signal triphasé par le convertisseur, et la phase du signal triphasé relativement à la suite par laquelle les lampes sont excitées est une fonction de la position des franges.
Lorsque trois cellules photoélectriques 66 sont utilisées, avec ou sans amplificateurs, des variations du signal de sortie de l'une ou l'autre des trois phases fourni au récepteur, par rapport au signal l provenant des deux autres cellules photoélectriques, affectera la précision de l'indication du récepteur, parce que la longueur du vecteur tournant qui correspond à cette phase changera par rapport aux longueurs des vecteurs correspondant aux deux autres phases provenant des deux autres cellules photoélectriques 66 et de leurs amplificateurs. Pour supprimer cet effet, on prévoit une limitation d'amplitude ou une commande automatique du gain dans les trois amplificateurs, afin que le signal de sortie de chaque phase soit sensiblement constant.
Après avoir décrit les méthodes qui permettent de mesurer les mouvements de la coulisse 54 et du palpeur 55 en fractions d'un intervalle de trait, il y a lieu de décrire la manière de détecter et d'indiquer convenablement les mouvements plus grossiers, correspondant à plusieurs dixièmes de millimètre, à plusieurs millimètres ou à plusieurs centimètres, etc.
Cela s'effectue en utilisant une paire d'échelles codées 62, produites photographiquement sur la même plaque de verre 58 que le réseau de traits de référence 60 conjointement à un réseau fixe 63, à une source de lumière 68 et à un jeu de cellules photoélectriques 70, de façon à constituer un chiffreur numérique linéaire. La construction et le fonctionnement d'un tel dispositif étant bien connus, une description serait superflue.
Dans le cas de ! a variante de cet instrument représentée aux fig. 11 à 13, les réglures du réseau de référence 60 s'étendent sur toute la largeur de la plaque de verre 58, maintenue dans le cadre 54, tandis que le reseau vernier comprend deux parties séparées 73a et 73b, disposées comme cela a été dé- crit en se référant à la fig. 4. Les lampes, les cellules photoélectriques et les équipements auxiliaires nécessaires sont disposés de la même façon que pour l'instrument des fig. 7 à 10, la disposition permettant à nouveau de mesurer des fractions de molli- mètre. Toutefois, dans ce cas, les mouvements plus grossiers sont indiqués par des moyens différents.
Dans les deux instruments selon les fig. 7 à 10 et 11 à 13, le cadre 54 est suspendu à un ruban d'acier qui passe sur une poulie 76 et est attaché à un contrepoids 78. Dans 1'instrument selon les fig. 11 à 13, la poulie 76 est portée par un arbre 82.
Un disque 84 portant des échelles appropriées, par exemple à code binaire, est fixé à un arbre 82 et se meut par rapport un réticule 86, de façon à interrompre le passage de la lumière entre une lampe 88 et une cellule photoélectrique 90. Cette disposition est également une forme bien connue de chiffreur, de sorte qu'une plus ample. description serait superflue.
La rotation de l'arbre 82 pour déplacer le cadre 54 et amener le palpeur 55 en contact avec un échantillon à. mesurer s'effectue à l'aide du bouton 92, qui est directement relié à l'arbre 82, ou à l'aide du bouton 94 qui entraîne l'arbre 82 par un réduc- teur à engrenages épicycloïdal d'une forme connue.
Une caractéristique de cette disposition est que la poulie 76 n'est pas solidaire de l'arbre 82, mais est accouplée à celui-ci par un ressort en spirale 98.
Lorsque l'arbre 82 est tourné pour amener le palpeur en contact avec un. échantillon à mesurer, la poulie 76 cessera de tourner et une plus ample rotation de l'arbre 82 bandera le ressort, ce qui a pour effet d'augmenter la pression exercée par le palpeur sur l'échantillon. Le degré, de pression est indiqué par une aiguille 100 sur une échelle 102 (fig. 11), cette aiguille étant entraînée par un synchrorécepteur excité par un synchrotransmetteur, qui comporte un rotor 104 solidaire de la poulie 76 et un stator 106 solidaire de l'arbre 82.
La fig. 14 est le schéma fonctionnel du circuit électrique des deux instruments. Ce circuit comprend un stabilisateur de tension 110 recevant la puissance d'une source monophasée et, alimentant de façon stable un redresseur 111 qui alimente en courant continu des amplificateurs 112 du signal de sortie des cellules photoélectriques 113, un chiffreur 114, avec amplificateur et relais 115, un synchrotransmetteur
116 et un convertisseur 117, qui alimente en triphasé des lampes 118, ainsi qu'un doubleur de fréquence
119 alimentant un récepteur 120.
Cette figure in
dique également une connexion entre le récepteur
120 et le système d'amplificateurs et de relais 115 du chiffreur, qui fonctionne de la manière connue, afin d'éviter une ambiguïté dans l'indication numé- rique, lorsque l'un des chiffres passe de 9 à 0. Dans ce but, le rotor du récepteur peut être disposé de façon à fournir un signal au dispositif de relais, lorsque son aiguille passe par la position zéro.
Il peut être également utile de faire en sorte que l'aiguille du récepteur tourne de 180 pour chaque 2, 54 cen tièm. de centimètre, auquel cas cette aiguille peut être doublée et les deux moitiés de l'échelle marquées en rouge et en noir, respectivement, de manière que les nombres impairs des divisions soient indiqués sur l'une des échelles d'une couleur et les nombres pairs sur l'échelle de l'autre couleur.
Il va de soi que l'indication numérique et la plupart des équipements électriques et électroniques peuvent être logés dans un coffret relié à l'instrument par un câble.
Les s fig. 15 et 16 montrent une forme d'exécution constituée par une tête de division. Celleci comprend une table 130 qui peut tourner sur une base 131, la périphérie de la table étant supportée sur la base par des roulements à billes 132. La table comporte une bride 133 dirigée vers le bas et dont la face interne porte un réseau de traits de référence 134, de préférence sous forme d'un ruban d'acier gradué. Un réseau vernier, étroitement adjacent au réseau de référence 134, est formé sur la face externe incurvée d'une plaque de verre 135.
La lumière de trois lampes 138. passe à travers les fentes 139 et les collimateurs 140 et éclaire le réseau vernier et le réseau de référence 134, tandis que la lumière réfléchie par le réseau de référence traverse les lentilles 141 et est focalisée sur les trois cellules photoélectriques 142, les transmission par les chemins requis s'opérant de préférence à l'aide d'un pris, me 143. La façon dont les cellules photoélec- triques, les réseaux de traits et les lampes coopèrent pour fournir le signal voulu, lorsqu'un mouvement relatif des réseaux se produit, est exactement la même que celle décrite précédemment en se référant aux fig. 7 à 10, de sorte qu'il serait superflu de la décrire à nouveau.
Cette disposition illustre l'emploi d'un réseau de traits réfléchissant, au lieu d'un réseau transmetteur, et il va de soi que, dans certains cas, il peut être avantageux. d'utiliser deux réseaux réfléchissants.
Alors que l'appareil. décrit concerne la mesure d'une position ou d'un mouvement, il est évident que l'appareil pourrait être agencé pour effectuer une opération de commande quand un mouvement se produit.
Par conséquent, le récepteur ou l'instrument indicateur peut être remplacé, dans certains cas, par un moteur triphasé d'un type approprié, capable d'effectuer une opération mécanique. De même, le mouvement du récepteur ou de l'instrument indicateur peut servir à actionner une forme. appropriée de chiffreur, des signaux d'impulsion, de forme codée étant fournis pour permettre d'effectuer une opération de commande ou de produire une bande perforée.