Procédé d'entretien électronique des vibrations d'un diapason
et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
On sait que le fonctionnement des diapasons ou vibrateurs de torsion comme de flexion repose sur un mouvement en antiphase de leurs deux branches ou parties symétriques dont les réactions s'équilibrent. Dans le cas idéal, le mouvement de ces deux branches doit satisfaire, entre autres, à deux conditions: - la première est que la fréquence de résonance de
l'ensemble des deux branches vibrant en fonctionne
ment réel auto-entretenu doit être unique - la seconde est que l'amplitude prise par les mouve
ments des deux parties en fonctionnement réel doit
être la même, pour annuler les réactions globales
de support, et par là annuler les fuites d'énergie.
Or, dans la pratique ces conditions ne sont pas réalisées complètement quand la synchronisation est réalisée par les impulsions retardées de l'enroulement moteur.
D'autre part, les fréquences de résonances des deux parties ne sont pas identiques, d'autre part, il existe toujours, même dans le cas où les fréquences seraient identiques, un couplage réversible entre les deux parties oscillantes, couplage dû aux déformations et au mouvement d'ensemble du support, quand l'égalité des amplitudes des deux parties n'est pas assurée. On sait qu'au-delà du couplage critique entre deux résonateurs accordés, on obtient deux pointes de résonance au lieu d'une seule.
Le brevet français No 1447424 décrit un mode d'auto-entretien électrique comportant un relais amplificateur, un organe capteur sur une branche et un organe moteur sur l'autre, le diapason fonctionne en filtre de transmission. Le couplage mécanique entre branches est non seulement toléré, mais indispensable au fonctionnement: on ne peut alors l'éliminer, et on est contraint de subir son évolution. Selon le degré de couplage et le degré de désaccord des branches, il pourra se produire des sauts de fréquence indésirables.
Pour éviter ces inconvénients, il est préférable, pour entretenir l'oscillation, d'appliquer l'énergie motrice de façon équilibrée aux deux branches sur lesquelles sont répartis deux organes moteurs. On tend ainsi à définir à travers l'amplificateur un couplage serré mais non réversible entre branches. Les mouvements sont maintenus égaux en amplitude, opposés en phase, et cela indépendamment du couplage mécanique qui est rendu négligeable vis-à-vis du couplage électrique. En effet, la symétrie totale des mouvements annule les réactions de support conformément au principe de géométrie du diapason considéré.
Cependant les réalisations connues de cet entretien équilibré sont rendues compliquées parce qu'il est nécessaire de fournir à l'amplificateur associé un signal définissant la phase de l'impulsion motrice.
Or, si l'on utilise dans ce but un enroulement capteur électromagnétique séparé, cet enroulement présente généralement un couplage inductif néfaste avec l'enroulement moteur le plus proche, ce qui entraîne l'amplificateur dans une oscillation électrique parasite, et produit un blocage de l'oscillation électromécanique désirée.
L'élimination de cette résonance électrique parasite est d'autant plus malaisée que les deux oscillations sont de fréquences plus voisines. C'est le cas des diapasons chronométriques à fréquence acoustique dont on veut accroître la fréquence pour réduire leurs erreurs de positison ces appareils, doués de déplacements faibles sont nécessairement associés à des transducteurs sensibles et à inductance élevée, dont la fréquence de résonance électrique (avec les capacités parasites) se rapproche de la précédente lorsque l'inductance augmente. L'addition d'un filtre électrique efficace contre l'accrochage entraîne un déphasage involontaire gênant sur la fréquence d'oscillation principale.
En outre, la prolifération des enroulements sous un encombrement réduit ne peut se faire qu'au détriment du volume de chacun d'eux, et il devient difficile d'obtenir simultanément une tension induite élevée dans le capteur - pour un déclenchement sûr aux faibles amplitudes - et une force contre - électromotrice élevée dans les moteurs - en vue d'un rendement et d'une stabilité d'amplitude satisfaisants. Ce mode d'entretien symétrique est donc souvent inutilisable.
Si les bobines motrices sont accouplées à un amplificateur dipôle à résistance négative, on est difficilement maître des variations de la phase d'entretien, consécutives aux variations de température et de tension d'alimentation.
En conséquence, l'invention se propose de fournir un procédé d'entretien électronique des vibrations d'un diapason, indépendant du couplage mécanique des branches de celui-ci, permettant d'assurer un entretien équilibré de ces branches et de régler à volonté le début de l'impulsion motrice par rapport au mouvement desdites branches, caractérisé en ce qu'il utilise comme référence de phase la force électromotrice induite dans au moins une des bobines motrices, les fonctions, référence de phase et temps moteur, étant respectivement réparties sur les alternances successives de la tension disponible aux bornes de ladite bobine.
L'invention concerne également un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé ci-dessus, caractérisé par une entrée sensible seulement aux tensions d'une alternance de polarité donnée et bloquée pendant l'autre alternance durant laquelle l'impulsion motrice est envoyée avec un décalage convenable grâce à un dispositif de retard réglable.
Le dessin annexé représente schématiquement, à titre d'exemple, un dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention dans lequel:
La fig. 1 représente un schéma de principe avec les courbes tension ou intensité prises en des points convenables du dispositif.
La fig. 2 représente un schéma de réalisation avec les courbes tension et intensité d'impulsion de durée-limitée.
Le diapason (non représenté) porte sur l'une de ses branches un transducteur 1, l'autre portant un transducteur 2. Ces transducteurs 1 et 2 sont montés en série.
La force électromotrice induite A dans l'un de ces transducteurs, ou dans les deux, aboutit à l'étage d'entrée 3 d'un amplificateur 4 (par exemple de classe B).
On évite ainsi l'emploi d'une bobine captrice séparée avec tous ses désavantages tout en définissant si nécessaire une branche pilote et une branche asservie .
Cet étage d'entrée 3 n'est sensible qu'aux tensions d'une polarité correspondant au sens a aller . Cette polarité de l'alternance est l'image du sens de mouvement relatif bobine-aimant. Ledit étage est bloqué pendant l'alternance retour et toute tension supplémentaire due au passage d'une impulsion motrice pendant cette course ne peut que parfaire le blocage sans produire d'effet sensible en aval de cet étage. On convient d'assurer l'entretien à coup perdu pendant l'alternance retour . Le système d'entretien par conséquent comportera un dispositif de retard 5 destiné à provoquer l'impulsion motrice à un instant convenable de l'alternance retour . Le dispositif de retard 4 commande le générateur d'impulsions 6 qui envoie à ce moment l'impulsion de courant 1 motrice.
On parvient ainsi à décaler l'impulsion 1 d'un décalage e.
Il est particulièrement intéressant de prendre comme événement de référence la fin de l'alternance aller .
Ce point correspond à un zéro de la force électromotrice, tant que les déplacements des branches du diapason sont suffisamment faibles pour maintenir les bobines dans le flux des aimants. On sait, dans ce cas, que l'annulation de la tension A ne peut être due qu'à l'annulation de la vitesse, sous réserve que le flux ce traversant les bobines soit une fonction monotone mais non nécessairement linéaire de l'élongation e
En effet, A(t)= = K T d
d6 dt c'est-à-dire que, si d(P µ, la condition nécessaire
dO et suffisante pour annuler A (t) se réduit à: ¯¯¯¯ O
dt ce qui définit un maximum ou un minimum d'élongation -en valeur algébrique.
Avec des transducteurs donnant une telle correspondance non linéaire entre flux et élongation, on a donc encore une image fidèle des maxima d'élongation alors que ce n'est plus vrai pour les passages au point mort.
En déclenchant l'impulsion motrice avec un retard d'un quart de période sur le point de référence a, on obtient un calage correct de l'impulsion même si les transducteurs ne sont pas exactement linéaires.
En modifiant à volonté la valeur du retard on peut avancer ou retarder l'impulsion par rapport au point mort, donc introduire une correction de la fréquence de travail en auto-oscillation, afin de compenser un défaut éventuel: vieillissement du métal constituant le diapason, dérive thermique, etc. La réalisation décrite ci-après constitue un exemple d'application à titre non limitatif.
L'étage d'entrée est un amplificateur travaillant en classe B, c'est-à-dire débloqué par exemple par les alternances impaires positives de la tension induite sur la bobine 1. Pour les amplitudes normales d'oscillation, cette version amène l'amplificateur à saturation pendant les alternances impaires, et au blocage pendant les alternances paires. Toutes impulsions motrices négatives intervenant pendant ces dernières ne font que parfaire le blocage prévu.
Enfin les fronts avant et arrière des créneaux de saturation C correspondent à l'annulation des vitesses donc aux maxima d'élongation positifs ou négatifs de la branche pilote, quelle que soit la déformation de la tension induite.
I1 reste à déclencher l'impulsion motrice en un moment convenable de l'alternance gaire où l'étage d'entrée est bloqué, ce qui se fera grâce à une mémoire. Dans la réalisation la plus simple il s'agira d'un condensateur à charge sensiblement linéaire, associé à un dispositif à seuil. Le condensateur, déchargé pendant le créneau impair issu de l'étage d'entrée, se recharge pendant le début du créneau pair jusqu'à ce que la tension à ses bornes atteigne la tension de seuil.
Alors le dispositif de seuil (bascule, amplificateur polarisé ou autre) se débloque et excite un transistor de puissance fournissant une impulsion négative aux bobines motrices 1 et 2, disposées en série. Le condensateurmémoire sera déchargé lors de l'alternance impaire suivante et le cycle recommencera.
Le calage de l'impulsion motrice selon les nécessités chronométriques se fait en agissant soit sur la constante de temps de charge du condensateur, soit sur la tension du seuil.
Un cas particulier intéressant est celui de transducteurs présentant une forte inductance, de l'ordre de 1 henry, la fréquence d'oscillation du diapason étant par exemple voisine de 400 hertz. I1 apparaît alors un décalage notable entre impulsion de tension motrice aux bornes des bobines et impulsion de courant moteur. L'impulsion de tension doit dans ce cas être déclenchée avant le point mort pour obtenir un centrage correct de l'impulsion de courant.
On peut même utiliser alors l'inductance des bobines, associée à un condensateur auxiliaire, pour limiter la durée de l'impulsion motrice. La fig. 2 explique le fonctionnement d'ensemble d'un tel entretien de diapason symétrique 400 hertz.
Le diapason comporte deux transducteurs inductifs 1 1 et 21 portés chacun par une branche, les bobines identiques étant montées en série. Seule la bobine 1 sert au déclenchement, et excite un amplificateur symétrique à transistors Q1 , Q2
Les alternances positives excitent Q1 et bloquent Q2.
L'emploi d'un amplificateur symétrique compense la majeure partie des dérives thermiques des transistors, et maintient le point de fonctionnement au zéro de la tension induite.
L'amplificateur Q:3, lorsqu'il est saturé, décharge périodiquement le condensateur C1 relié à son collecteur.
La tension en dent de scie ascendante due à la charge est transmise à la base de l'amplificateur Q4 avec un décalage défini par une diode Zener Zut .
L'étage Q4 est saturé depuis l'instant d'amorçage de la diode Zj jusqu'à l'alternance paire suivante qui sature Q3 et bloque Q4.
Quand l'étage Q4 se met à conduire, une impulsion de tension en forme de signal unité apparaît entre collecteur et masse.
L'inductance L des bobines entre en résonance selon une période t avec la capacité d'un condensateur série
C2 et il se développe simultanément:
- Une oscillation de tension V sur une demi-période
propre 2' la tension aux bornes de la bobine
décroissant sinusoidalement pendant que la ten
sion aux bornes du condensateur croît de façon
sensiblement égale, de façon que leur somme
constante reproduise le signal unité.
- Une oscillation de courant dans les bobines sur
t t
une demi-periode -, déphasée de - par rapport
aux valeurs de la tension, c'est-à-dire que le cou
rant croît sinusoïdalement de zéro jusqu'à une
valeur maximale correspondant au point d'in
flexion de la tension, puis décroît vers zéro.
Si aucun autre phénomène n'intervenait, il se produirait alors une inversion dans le sens positif de la tension aux bornes des bobines, puis une variation de sens contraire et ainsi de suite c'est-à-dire un train d'oscillations amorties couvrant plusieurs périodes t. Mais le transistor Qô intervient pour limiter la charge du condensateur série dès la première inversion de tension qui amène la sortie de la bobine 2 à être plus positive que l'entrée de la bobine 1. Ce transistor, vu de l'émetteur, présente une impédance très faible qui absorbe l'extra-courant des bobines.
On obtient ainsi un double effet: 1. L'impulsion de courant a une durée calibrée sensi
blement à la durée avec
EMI3.1
ajustable par la valeur C2.
2. L'amplificateur Q, - Q2 est excité de nouveau dès
la fin de l'impulsion motrice ce qui décharge C1
et bloque Q4; on évite ensuite toute coupure
prématurée de l'amplificateur Q1 - Q2 qui serait
due à une pointe négative de tension aux bornes
des bobines.
L'instant d'apparition de l'impulsion motrice est réglé par la constante de temps RC1, ce qui permet d'ajuster la fréquence de travail.
Bien que l'invention ait été décrite à propos d'une forme de réalisation particulière, il est bien entendu qu'on peut y apporter diverses modifications de formes et de matériaux.