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" Système et appareil de mesurage des profondeurs sous-marines:'
La présente invention se rapporte à la détermination des distances et plus particulièrement à la détermination des pro- fondeurs par la méthode du temps de parcours, laquelle utilise une source de son et un dispositif mesureur de temps pour mesu- rer la durée comprise entre l'émission du signal sonore et le retour de l'écho à partir du fond de la mer ou de la surface renvoyant le son.
Le présent système comporte de nombreux avantages par rapport à ce qui est connu, aussi bien dans la facilité d'ob- tenir le résultat désiré au moyen d'un minimum d'appareils et au minimum de frais, qu'en ce qui concerne la grande exactitude.
Au contraire de certaines'des méthodes précédentes de détermination de profondeur, le présent système emploie un mar- teau frappeur possédant un amortissement et une décroissance
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élevés partant pour empêcher une vibration continuée de la son- de que-pour créer un dispositif co-opérant avec le circuit ré - cepteur spécial, lequel possède aussi une décroissance élevée, comme il sera expliqué plus loin.
Le circuit est semblable à un de ceux représentés dans notre demande de brevet aux Etats-Unis N .220.719 déposée le 20 septembre 1927, division 51.
Le circuit représenté dans cette demande de brevet n'a- git que lors d'un changement rapide de courant et seulement une fois jusqu'à ce qu'il soit restauré. Pour que ceci se produise, la décroissance du signal doit être forte et similaire à celle du circuit récepteur. Ceci est réalisé par une simple impulsion hoc) puissante d'une force définie. Ce simple choc sonore, lors- qu'il est renvoyé par écho, agit sur le circuit récepteur et donne naissance au phénomène passager qui actionne le mécanisme indicateur.
Il n'est pas seulement possible d'éliminer les si- gnaux perdus, étant donné que seul ce type particulier de choc ou impulsion est capable d'actionner le circuit récepteur, mais il est aussi possible d'obtenir des mesurages plus exacts que jusqu'à présent, étant donné que, au lieu d'avoir à relever le signal reçu d'une ou deux oscillations comme il était précédemment nécessaire dans de nombreux cas et probablement dans tous les cas, le présent signal reçu agira par le seul choc, ce qui fixe d'une façon définie le moment de la réception de l'écho ou du signal reçu.
En outre, le présent type de mécanisme élimine toute né- cessité de générateurs à haute fréquence et de tableaux spéciaux de distribution pour actionner les oscillateurs, lesquels ont été employés pour créer des vibrations soutenues mais courtes dans le travail de sondage.
Le présent système présente les avantages principaux suivants : stabilité, longue durée, bas prix, peu de réparation, possibilité, si on le désire, d'être installé sur un navire et de fonctionner continuellement par des opérateurs non spécialisés,
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tou t en donnant d'excellents résultats.
D'autres avantages et caractéristiques du, nouveau sys- tème apparaîtront au cours de la description ci-dessous faite avec l'appui des dessins annexés, dans lesquels : fig.l est une vue schématique du système complet ; fig. 2 est une vue de face du dispositif indicateur et mesureur, le devant de la botte étant en partie enlevé; fis.3 est une vue latérale du mécanisme de la fig.2 en regardant de la gauche ; fig. 4 est une coupe suivant la ligne 4-4 de la fig. 3 dans la direction indiquée ; fig. 5 représente un détail; fig. 6 est une vue de face du mécanisme indicateur ; fig.7 est une coupe verticale du mécanisme de frappe; fig.8 est une vue en plan de ce mécanisme de frappe, la botte enveloppante étant enlevée; fig. 9 représente le montage du mécanisme de frappe;
fig.10 est un détail du montage et fig.ll représente un point caractéristique du mécanis- me de frappe.
A la fig.1, 1 désigne un hydrophone ou autre dispositif récepteur de son, susceptible de recevoir une impulsion sonore pour actionner finalement l'indicateur 16. Le primaire d'un transformateur 3 est relié transversalement à l'hydrophone 1, une des bornes 22 de ce primaire étant reliée directement à une borne 20 de l'hydrophone 1, tandis que l'autre borne 21 de l'hy- drophone est reliée à l'autre borne 23 du transformateur par une source 13 de courant réglable de la manière suivante : La batterie 13, lorsque l'interrupteur 17 est fermé, est reliée au potentiomètre 12, un côté de ce potentiomètre et la batterie étant reliés électriquement à la borne 21 de l'hydrophone. Le bras 19 du potentiomètre est relié à l'autre borne 23 du trans- formateur 3.
Ce bras est également shunté par un condensateur 2 sur la borne 21, de 'sorte que toutes variations pulsatrices dues au mouvement du bras 19 du potentiomètre, dans un sens et dans
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- :,,. 4 v l'autre, ne sont pas reproduites ou indiquées-à'1'indicateur 16.
L'emploi du potentiomètre dans cette connexion permet un réglage soigné du courant de microphone, ce qui est très avantageux pour obtenir exactement le courant voulu pour actionner le circuit récepteur. Le secondaire du transformateur 3 a une borne reliée directement à la grille du tube à vide 7, tandis que l'autre borne se relie au filament de ce tube en passant par la batterie 4, laquelle détermine un potentiel négatif à la grille par rap- port au filament.
La plaque,du tube 7 est maintenue à un potentiel positif par rapport au filament au moyen de la batterie 6, dont le côté positif est relié à la plaque et le côté négatif est relié au filament en passant par la résistance 9 et le condensateur 10 reliés en parallèle. Le côté négatif de la batterie 6 est égale- ment relié à la grille du tube 8, tandis que les filaments des deux tubes sont reliés en série; avec les résistances 14 et 15 intercalées dans les lignes d'amenée du courant direct. Le po- tentiel à la résistance 14 sert à rendre la plaque du tube 8 positive par rapport au filament. Le transformateur 11 est con- necté au circuit de plaque du tube 8 et sert de transformateur de débit pour le circuit.
Le primaire de ce transformateur est relié par 24 et 25 aux contacts 26 et 27 respectivement et, com- me on le voit à la fig.l, il est court-circuité pendant unecer- taine période de la révolution de la came 28, c'est-à-dire cons- tamment, sauf après que le son a été émis.
Le fonctionnement du circuit est le même que celui du circuit représenté dans la demande aux Etats-Unis, N .220.?19, mentionnée ci-dessus.
Quand l'impulsion est reçue par le récepteur 1, elle est transmise au travers du transformateur 3 et détermine un certain potentiel à la grille du tube 7. Quand ce potentiel est dans la direction voulue, laquelle, dans le présent circuit, est la direction positive, le courant plaque-filament dans le tube 7 augmente et par conséquent le potentiel au point! tombera sous
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le potentiel au point A. La grille du tube 8 qui jusqu'à ce point était au même potentiel que le filament, aura alors un po- tentiel négatif par rapport à ce dernier et, si ce changement est fort et à l'intensité désirée, il coupera instantanément le oourant de plaque dans le tube 8.
Un coupage ou diminution rapide du courant de plaque dans le tube 8 détermine un fort voltage au transformateur 11 et entraîne un dérangement dans l'indicateur 16, lequel est re- lié au secondaire du transformateur 11. L'indicateur 16 est de préférence un tube au néon qui donne une lumière instantanée quand une décharge électrique a lieu entre les électrodes de ce tube.
Tout type de signal n'actionne pas l'indicateur parce que le circuit récepteur employé est tel que le signal doit avoir une décroissance rapide afin d'effectuer un changement suffisam- ment rapide que pour provoquer le voltage voulu dans le court instant pendant lequel le phénomène a lieu. Dans le présent cas, tant que le changement de potentiel à la grille du tube 7 n'est pas rapide, le changement de courant de plaque du tube 7 n'est pas rapide et il s'en suit que la charge au condensateur 10 peu t commencer a baisser avant que le phénomène ne soit complet.
Le montage du circuit est tel que, à moins que le changement de cou- rant de plaque dans le tube 7 ne soit très rapide, le potentiel au point B par rapport au point A ne décroît pas suffisamment ou suffisamment vite pour produire un potentiel élevé au trans- formateur 11.
Un des points remarquables du circuit est qu'il peut Être monté et réglé de telle façon que sa décroissance corresponde à celle de l'émetteur de son et que les bruits de l'eau ou autres signaux ne provoquent pas d'indication. Alors que dans les autres systèmes de détermination de profondeur par sonde sonore il y a fréquemment de nombreuses dispersions, dans la présente invention ceci est pratiquement éliminé, étant donné qu'un son qui n'a pas
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la même rapidité ou décroissance que celui pour lequel le circuit est prévu, ne sera pas reçu (réceptionné).
Un autre fait de la présente combinaison est que la ré- ception du signal constitue un seul phénomène et n'est pas un fait d'état normal, c'est-à-dire que la première impulsion agit sur le circuit récepteur (si les conditions sont remplies) et si elle agit, la seconde vibration ne peut agir sur le circuit, étant donné qu'il faut un certain temps pour que le circuit re- vienne à l'état normal après avoir étéinfluencé. On connaît donc ainsi, par une simple vibration, entre quels points l'indi- cateur agit. Ceci est révélé par la régularité avec laquelle le signal indiqué dans ce système de mesurage se maintient à la même place de l'échelle lorsque le navire est immobile en eau calme.
L'indicateur est monté sur un disque rotatif 30 par le moyen d'une paire d'agrafes ou pinces 31 e t 32, disposée dans une fente étroite près du bord du disque. Une des pinces 32 sert également de balai pour amener le signal au disque rotatif. L'au- tre pince est assise sur le disque, lequel est assis sur le châs- sis de l'enveloppe ou boite, comme indiqué en 33 à la fig.l. La pince ou balai 32 s'appuie sur l'anneau conducteur 34 fixé- et relié à un côté du secondaire du transformateur 11, dont l'autre côté est également relié au châssis de la boite de l'indicateur..
Le disque 30 est mis en rotation par le moyen du moteur 35 et par intermédiaire de la vis sans fin 36 et de l'engrenage 37, ce dernier étant monté et fixé à l'arbre 38 portant le disque 30. L'arbre 38 porte également l'engrenage 39 en prise avec l'en- grenage 40. Le pignon 40 porte un arbre 41 sur lequel-sont mon- tées les cames 28 et 43 qui commandent la manoeuvre du mécanisme émetteur de son.
Le disque 30 fait trois révolutions.pour un tour des ca- mes 28 et 43. La came 28 commande l'indicateur et le court-cir- cuite à tous moments, excepté après que la sonde a émis son signal
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et exactement jusqu'au moment avant lequel les contacts 44 - 45 se ferment. Il faut par conséquent trois tours du .disque 30 pour compléter un cycle de sondage.
Pendant deux tours de l'indicateur, celui-ci est rendu sans action et le marteau est relevé et il lui est permis de retomber, par quoi les contacts 26 et 27 sont ouverts immédia- tement. La position des cames indiquée à la fig.l est celle pour laquelle le dispositif de frappe a produit le son, l'in - dicateur n'ayant pas encore agi. Le moment auquel l'indicateur est rendu actif dépend de l'écart entre le mécanisme émetteur de son et le récepteur au moment précis où le signal direct a passé au récepteur. De cette façon l'effet du signal direct est complètement éliminé.
Au moment où les contacts 44 - 45 sont fermés, si l'in- terrupteur 17 est fermé, un courant sera développé dans la sonde 46 au moyen dea conducteurs 47 - 48. Quand ces contacts sont à nouveau.ouverts, le marteau 49, qui avait été d'abord relevé, sera libéré et frappera le diaphragme 50, déterminant ainsi par le choc, une vibration du diaphragme 51, qui peut 'être le re - vêtement d'un navire.
Un condensateur 55 est prévu pour emptoher les étin - celles aux contacts 44 et 45. L'armature du moteur 35 est re-
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1t '1 liée à un potentiomètre 52, lequel est, à. son tour, relié à la ligne d'amenée de courant 53.
Aux fig.2 - 3 - 4 - 6 est représenté le mécanisme indi- cateur. Ce mécanisme est contenu dans une enveloppe métallique 60 dont le couvercle 61 peut 'être retiré par enlèvement des vis à métaux 62 - 62 - 62 - 62. Le couvercle 61 maintient la glace 63, laquelle est en face du disque gradué 65 et de l'ouverture 64 pour l'anche 66 du fréquence-mètre.
Une ouverture est prévue dans la partie inférieure de la boite pour les trois contrôles montés dans cette boite.
Le couvercle 61 peut de cette façon 'être enlevé et le mécanisme mis à jour sans enlever aucun fil ni aucun mécanisme
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de contrôle. De cette façon l'inspection et les réparations sur le navire même peuvent être aisément faites par l'inspecteur.
Le mécanisme permet de plus des réparations et une inspection très faciles.
La moitié postérieure de la boite 60 possède quatre sup- ports 67 partant du dos de la boite. Sur ces bras de supports est monté un bâti 68 qui porte tout'le mécanisme situé dans la boite. Ce bâti 68 a quatre pattes de support disposées de façon à reposer sur les bras 67. Des boulons 70 traversent les pattes 69 et maintiennent le bâti 68 fixement sur les supports 67. Un support 71 et un support 72, venus avec le bâti 68 ou rapporté à celui-ci, porte tout le mécanisme rotatif. Danslesapport 71 sont deux supports à rouleaux ou à billes 73 - 74, dans lesquels repose l'arbre 38 qui porte à une extrémité l'engrenage hélico- ïdal 37 et à l'autre extrémité le disque 30 et le petit pignon 39. Le moteur 35 est monté sur une plate-forme 75 supportée par un bras 76 qui part du bâti 68.
L'extrémité de l'arbre d'armatu- re 77 porte une vis 36 en prise avec l'engrenage hélicoïdal 37 pour entraîner le mécanisme rotatif.
Le disque 30, porté par l'arbre 38, est pourvu de barres radiales 79 en fer ou nickel, à magnétisation permanente. Ces barres, lorsque le disque 30 est mis en rotation, passent sous les anches 66, lesquelles sont chacune accordée pour une fré - quence particulière, de sorte que lorsque la vitesse du disque est correcte, l'anche centrale vibrera à la plus forte amplitude.
Si la fréquence est légèrement en dehors de la fréquence correc- te, l'anche à- droite ou.à gauche de l'anche centrale, vibre- ra à l'amplitude maximum, ceci dépendant du fait que la fréquence est plus grande ou plus petite que ce qu'elle devrait 'être.
L'engrenage 39, monté sur l'arbre 38, est en prise avec l'engrenage 40 qui entraîne l'arbre 41 portant les cames 28 et 43. Le rapport de transmission est tel que les cames 28 et 43 ne font qu'un tour pour trois tours du disque 30, ceci pour donner tout le temps nécessaire pour relever le marteau et le libérer
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lors du mesurage. Les cames 28 et 43 sont construites de telle sorte que les contacts 26 et 27 et 44 et 45 sont fermés gradu- ellement et sont ouverts brusquement. Dans ce but l'excentri- cité augmente graduellement et diminue brusquement après que le doigt 80 a passé sous le point 81.
Le contact 26 est du ty- pe à ressort et la tension de ce ressort repousse le contact vers l'arrière aussitôt que la pression agissant en sens in- verse du ressort disparaît.
Le disque 30 est maintenu à l'arbre 38 au moyen du pla- teau 82 goupillé en 83 à l'arbre. Pour permettre un réglage aisé du disque 30 au zéro de l'échelle ou pour l'enlever et employer une autre échelle le disque est maintenu au'plateau 82 par des vis à métaux 84 qui traversent une fente allongée 85 du disque et maintient celui-ci fixement au moyen de rondelles 86. De cette façon, si le zéro de l'échelle ne correspond pas au zéro de l'indicateur, l'échelle peut 'être déplacée vers l'arrière et vers l'avant jusqu'à ce que les zéros correspondent.
L'échelle*65 représentée aux fig.2 et 6, est montée sur le support 87 qui forme partie du bâti 68 et elle est graduée depuis zéro jusqu'à la profondeur pour laquelle l'instrument est conçu. Ceci peut varier dans une certaine limite, mais généra- lement le système est à employer pour des profondeurs moindres que 300 brasses, ces profondeurs étant généralement du plus grand intérêt pour les navires dans l'indication de la proximité de terre et dans la conduite dans les canaux, dans les passes et dans les eaux basses.
Il est à remarquer que la construction de l'appareil in- dicateur permet à un mécanicien d'atteindre les divers éléments sans grande difficulté pour l'inspection et les réparations'é- ventuelles. Aucun fil ne fait saillie au couvercle, ni à la boîte, de sorte qu'il n'y a pas de danger même si un mécanicien inexpérimenté essayait d'ouvrir la botte de l'indicateur.
En outre l'indicateur est de lecture facile et son ma- niement est simple, toutes les parties mécaniques étant d'un
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poids moindre que celles employées jusqu'ici. Si on le désire @ le mécanisme interne peut également 'être enlevé et remplacé par un autre. Dans ce but un inspecteur peut avoir avec lui un mé- canisme interne de rechange et le substituer à l'autre, si né- cessaire. Ou encore, les r éparations peuvent tiré faites entiè- rement à un atelier, l'inspecteur ne remplaçant principalement le mécanisme interne que si celui-ci ne fonctionne pas conve- nablement.
Ceci assure toujours un fonctionnement du dispositif outre la possibilité de réparer rapidement le système dans le cas où peu de temps doit s'écouler avant que le navire ne se mette en marche.
Un simple câble 88 sort de la tête 87 et renferme tous les fils faisant fonctionner le système complet. Ces fils sont reliés directement au tableau de distribution 89 (fig.2), le- quel est également monté sur le bâti 68. La seule chose à faire pour enlever le mécanisme interne est de déconnecter ces fils.
Le mécanisme frappeur est représenté en détail aux figs.
7 - 8 - 9 et 10. Il est également représenté à la fig.l. Il com- porte un diaphragme 50 maintenu d'une façon sûre contre le bord d'une botte 90 par le moyen de boulons 91 qui traversent un fort rebord 92 au bord du diaphragme. Entre la botte et le rebord 92 est intercalée une garniture 93 étanche à l'eau pour empêcher l'entrée de l'eau à l'intérieur de la botte, si ceoi est néces- saire, bien que l'appareil soit destiné à agir dans l'air, le diaphragme communiquant l'impulsion au revêtement du navire, comme il sera expliqué ci-dessous.
Au centre du diaphragme se trouve une pièce 94 qui s'é- tend des deux côtés du diaphragme. Au côté extérieur cette pièce s'appuie dans un capuchon ou crapaudine 95 qui porte, sans être maintenu rigidement,contre le revêtement 51 du navire. Sur son côté interne cette pièce a une surface plâne opposée au frappeur 49, lequel, dans son fonctionnement, heurte la pièce 94 pour dé- terminer une vibration sonore au revêtement 51 et parsuite à
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l'eau. Entre le collier 96 et l'épaulement-de' la pièce 94 est logé 'Un ressort à boudin 97, tel que le ressort principal 98 détermine un seul coup ou poussée devant 'être donne au diaphrag- me.
La résistance du ressort 97 est exactement suffisante que pour empêcher une seconde poussée.
Le ressort moteur 98 est logé dans une coupelle 99 au sommet de la 'boite et s'appuie contre le frappeur 49; ce ressort est centré sur le frappeur par l'âme 100. L'organe de frappe 49 est logé dans des chemins ou gorges 101 - 102,,clairement repré- sentés à la fig. 8; ceci assure un maintien de cet organe dans sa position centrée pendant le fonctionnement.
Une âme lamellée 104 est composée de lames 103 qui sont des pièces circulaires estampées possédant deux saillies radia- les pour former les pôles 105 - 106, transversalement auxquels le flux magnétique s'écoule. Les lames sont maintenues ensemble et à la botte par le moyen de boulons 107. Deux bobines de solé- noïde 106 sont prévues pour engendrer ce flux. quand le courant passe dans ces bobines, l'espace compris entre les pôles est for- tement magnétisé et repousse le frappeur 49 à l'encontre du res- sort 98. Lorsque le courant cesse le ressort 98 presse le frap- peur vers le bas contre la pièce 94 qui détermine une secousse au revêtement 51 du navire et ainsi à l'eau.
Le diaphragme 50 est très mince et le ressort 97 juste assez fort que pour empêcher une seconde impulsion du frappeur contre la pièce 94, Le jeu entre le frappeur 49 et la pièce 94 est faible, mais suffisant que pour permettre une accélération du frappeur avant qu'il ne heurte le diaphragme 50. Le diaphrag- me n'est pas maintenu fermement dans la pièce 95 et celle-ci n'est pas non plus maintenue fermement contre le revêtement 52 du navire, de sorte que l'impulsion, le choc, peut tre brusque et ne renoontre aucune opposition avant que sa pleine force ne soit communiquée au revêtement 51. Ces divers points permettent d'obtenir un choc à décroissement rapide.
Un autre point caractéristique du frappeur est représenté à la fig.11.
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Dans le frappeur ordinaire il a été trouvé que le mé - canisme agit très bien une fois, puis qu'il s'arrête. Ceci est dû au changement de température du mécanisme qui fait que le cuivre s'échauffe et coupe le courant effectif. Le magnétisme est par conséquent réduit et bien que initialement la courbe de la poussée de l'aimant rapportée en ordonnée par rapport à la po- sition du frappeur est la courbe A,après un fonctionnement con- tinu, cette courbe peut 'être et est souvent la courbe B. La cour- be représentant la force résultante dea forces de ressort est une droite déterminée par la loi de Hooke et est représentée par C.
On remarque que, tandis que la courbe A se trouve continuel- lement au-dessus de la ligne C, la courbe B descend sous cette ligne, ce qui signifie que entre les points E et F la force ré- sultante des ressorts est plus grande que la poussée magnétique sur le frappeur. L'aimant ne peut pas repousser le frappeur vers le haut et celui-ci s'arrête par conséquent.
Pour éviter cette difficulté et obtenir une force résul- tante constante, la circuit magnétique de bobine est tel que la courbe de flux soit toujours au-dessus de la saturation, comme représenté par la courbe D. Etant toujours au-dessus de la satu- ration, la courbe de force devient une ligne droite et se trouve partout au-dessus de la force de ressort résultante, de sorte que l'aimant ou mieux le frappeur ne s'arrête jamais. Ceci assu- re un fonctionnement parfait et en même temps précis du dispo - sitif producteur de son.
Il est nécessaire, dans le présent système, d'avoir un moyen spécial pour monter le mécanisme frappeur, le contact de la pièce 94 et de la pièce 95 contre le revêtement du navire né- cessitant un réglage dans chaque cas. Dans ce but le mécanisme producteur de son est pourvu de quatre tiges filetées 108 qui partent du sommet de la botte de ce mécanisme, et sont pourvues d'écrous 109 - 110/ Les tiges 108 traversent un plateau 111 bou- lonné à la cornière 112 au moyen des boulons et écrous 113 et des écrous 109-110. Les écrous 109 peuvent 'être réglée le long des
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tiges 108 pour obtenir exactement la tension voulue de la pièce 94 et de la pièce 95 contre le revêtement du navire.
Les écrous 110 sont bloqués par des rondelles fendue, situées.sous eux de façon à maintenir¯le mécanisme producteur de son rigidement en place. Deux cornières 112 sont employées pour maintenir le pro- ducteur de son et elles sont boulonnées aux châssis 114 ou fi- xées autrement au navire,
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1. Un système de mesure des distances dans la signalisa- tion sous-marine dans lequel tl est produit une impulsion de compression à décroissement élevé, l'écho étant reçu par et tra- versant un circuit à soupape à vide,sensible à une impulsion à décroissement élevé pour actionner un indicateur.
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"System and apparatus for measuring submarine depths: '
The present invention relates to the determination of distances and more particularly to the determination of depths by the time-of-flight method, which uses a sound source and a time-measuring device to measure the time between the length of the trip. emission of the sound signal and the return of the echo from the seabed or surface returning the sound.
The present system has many advantages over what is known, both in the ease of obtaining the desired result by means of a minimum of apparatus and at a minimum of expense, and as regards the great accuracy.
In contrast to some of the previous depth determination methods, the present system employs a hammer having damping and decay.
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high thereby preventing continued vibration of the sound to create a device co-operating with the special receiver circuit, which also has a high decay, as will be explained later.
The circuit is similar to one shown in our U.S. Patent Application No. 220,719 filed September 20, 1927, Division 51.
The circuit shown in this patent application operates only during a rapid change in current and only once until it is restored. For this to happen, the signal decay must be strong and similar to that of the receiver circuit. This is achieved by a single powerful, hoc impulse of a defined force. This simple sound shock, when it is returned by echo, acts on the receiver circuit and gives rise to the transient phenomenon which activates the indicator mechanism.
It is not only possible to eliminate lost signals, since only this particular type of shock or impulse is able to actuate the receiver circuit, but it is also possible to obtain more accurate measurements than up to 'now, since instead of having to pick up the received signal by one or two oscillations as was previously necessary in many and probably all cases, the present received signal will act by shock alone, which fixes in a definite way the moment of reception of the echo or the signal received.
Further, the present type of mechanism eliminates any need for high frequency generators and special distribution boards to operate the oscillators, which have been employed to create sustained but short vibrations in sounding work.
The present system has the following main advantages: stability, long life, low price, little repair, possibility, if desired, to be installed on a ship and to operate continuously by non-specialized operators,
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all with excellent results.
Other advantages and characteristics of the new system will become apparent from the description below, given with the aid of the accompanying drawings, in which: FIG. 1 is a schematic view of the complete system; fig. 2 is a front view of the indicating and measuring device, the front of the boot being partly removed; fis.3 is a side view of the mechanism of fig.2 looking from the left; fig. 4 is a section taken along line 4-4 of FIG. 3 in the direction indicated; fig. 5 shows a detail; fig. 6 is a front view of the indicator mechanism; fig.7 is a vertical section of the striking mechanism; fig.8 is a plan view of this striking mechanism, the enveloping boot being removed; fig. 9 shows the assembly of the striking mechanism;
fig.10 is a detail of the assembly and fig.ll shows a characteristic point of the striking mechanism.
In fig. 1, 1 designates a hydrophone or other sound receiving device, capable of receiving a sound pulse to finally actuate the indicator 16. The primary of a transformer 3 is connected transversely to the hydrophone 1, one of the terminals 22 of this primary being connected directly to a terminal 20 of the hydrophone 1, while the other terminal 21 of the hydrophone is connected to the other terminal 23 of the transformer by a source 13 of adjustable current in the manner next: The battery 13, when the switch 17 is closed, is connected to the potentiometer 12, one side of this potentiometer and the battery being electrically connected to the terminal 21 of the hydrophone. The arm 19 of the potentiometer is connected to the other terminal 23 of the transformer 3.
This arm is also shunted by a capacitor 2 on terminal 21, so that any pulsating variations due to the movement of the arm 19 of the potentiometer, in one direction and in
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-: ,,. 4 v the other, are not reproduced or indicated in flag 16.
The use of the potentiometer in this connection allows careful adjustment of the microphone current, which is very advantageous to obtain exactly the current desired to actuate the receiver circuit. The secondary of transformer 3 has one terminal connected directly to the grid of the vacuum tube 7, while the other terminal connects to the filament of this tube passing through the battery 4, which determines a negative potential at the grid with respect to- port to the filament.
The plate, of the tube 7 is maintained at a positive potential with respect to the filament by means of the battery 6, the positive side of which is connected to the plate and the negative side is connected to the filament passing through the resistor 9 and the capacitor 10 connected in parallel. The negative side of the battery 6 is also connected to the grid of the tube 8, while the filaments of the two tubes are connected in series; with resistors 14 and 15 interposed in the direct current supply lines. The potential at resistor 14 serves to make the plate of tube 8 positive with respect to the filament. Transformer 11 is connected to the plate circuit of tube 8 and serves as a flow transformer for the circuit.
The primary of this transformer is connected by 24 and 25 to the contacts 26 and 27 respectively and, as seen in fig. 1, it is short-circuited for a certain period of the revolution of the cam 28, c 'that is, constantly, except after the sound has been emitted.
The operation of the circuit is the same as that of the circuit shown in the United States application, N. 220.? 19, mentioned above.
When the pulse is received by receiver 1, it is transmitted through transformer 3 and determines a certain potential at the grid of tube 7. When this potential is in the desired direction, which in this circuit is the direction positive, the plate-filament current in tube 7 increases and consequently the potential at point! will fall under
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the potential at point A. The grid of tube 8, which until this point was at the same potential as the filament, will then have a negative potential with respect to the latter and, if this change is strong and at the desired intensity , it will instantly cut the plate current in tube 8.
A rapid cut or decrease in the plate current in tube 8 determines a high voltage at transformer 11 and results in a disturbance in indicator 16, which is connected to the secondary of transformer 11. Indicator 16 is preferably a tube. neon which gives instant light when an electric discharge takes place between the electrodes of this tube.
Any type of signal does not activate the indicator because the receiver circuit employed is such that the signal must have a rapid decay in order to effect a change fast enough to cause the desired voltage in the short instant during which the phenomenon takes place. In the present case, as long as the change of potential at the grid of tube 7 is not rapid, the change of plate current of tube 7 is not rapid and it follows that the charge at capacitor 10 is little. t start to drop before the phenomenon is complete.
The circuit arrangement is such that, unless the change in plate current in tube 7 is very rapid, the potential at point B with respect to point A does not decrease sufficiently or quickly enough to produce a high potential to transformer 11.
One of the remarkable points of the circuit is that it can be mounted and adjusted in such a way that its decay corresponds to that of the sound emitter and that the noises of water or other signals do not cause an indication. While in other sound probe depth determination systems there are frequently many dispersions, in the present invention this is virtually eliminated, since sound which has no
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the same speed or decrease as that for which the circuit is planned, will not be received (accepted).
Another fact of the present combination is that the reception of the signal constitutes a single phenomenon and is not a normal fact of state, i.e. the first pulse acts on the receiver circuit (if the conditions are fulfilled) and if it acts, the second vibration cannot act on the circuit, since it takes some time for the circuit to return to the normal state after having been influenced. We thus know, by a simple vibration, between which points the indicator acts. This is revealed by the regularity with which the signal shown in this measuring system is maintained at the same place on the scale when the vessel is stationary in calm water.
The indicator is mounted on a rotating disc 30 by means of a pair of staples or clamps 31 and 32, disposed in a narrow slot near the edge of the disc. One of the clamps 32 also serves as a brush to bring the signal to the rotating disk. The other clamp is seated on the disc, which sits on the frame of the casing or box, as indicated at 33 in fig.l. The clamp or brush 32 rests on the conductive ring 34 fixed and connected to one side of the secondary of transformer 11, the other side of which is also connected to the frame of the indicator box.
The disc 30 is rotated by means of the motor 35 and by means of the worm 36 and the gear 37, the latter being mounted and fixed to the shaft 38 carrying the disc 30. The shaft 38 carries also the gear 39 engaged with the gear 40. The pinion 40 carries a shaft 41 on which are mounted the cams 28 and 43 which control the operation of the sound emitting mechanism.
The disc 30 makes three revolutions for one revolution of the cams 28 and 43. The cam 28 controls the indicator and the short circuit at all times, except after the probe has emitted its signal.
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and exactly until the moment before which contacts 44 - 45 close. Three turns of disk 30 are therefore required to complete a probing cycle.
During two turns of the indicator, the latter is idle and the hammer is raised and allowed to drop, whereby contacts 26 and 27 are opened immediately. The position of the cams indicated in fig.l is that for which the striking device has produced the sound, the indicator not having acted yet. The time at which the indicator is made active depends on the distance between the sound-emitting mechanism and the receiver at the precise moment when the direct signal passed to the receiver. In this way the effect of the direct signal is completely eliminated.
The moment the contacts 44 - 45 are closed, if the switch 17 is closed, a current will be developed in the probe 46 by means of the conductors 47 - 48. When these contacts are opened again, the hammer 49, which was first raised, will be released and will strike the diaphragm 50, thereby determining by shock, a vibration of the diaphragm 51, which may be the coating of a vessel.
A capacitor 55 is provided to emptoher the sparks - those at contacts 44 and 45. The armature of the motor 35 is re-
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1t '1 linked to a potentiometer 52, which is, at. in turn, connected to the current supply line 53.
In fig. 2 - 3 - 4 - 6 the indicating mechanism is shown. This mechanism is contained in a metal casing 60, the cover 61 of which can be removed by removing the machine screws 62 - 62 - 62 - 62. The cover 61 holds the glass 63, which is in front of the graduated disc 65 and the glass. opening 64 for the reed 66 of the frequency-meter.
An opening is provided in the lower part of the box for the three controls mounted in this box.
The cover 61 can in this way be removed and the mechanism updated without removing any wires or mechanisms.
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control. In this way inspection and repairs on the ship itself can easily be done by the inspector.
The mechanism also allows for very easy repairs and inspection.
The rear half of the box 60 has four supports 67 extending from the back of the box. On these support arms is mounted a frame 68 which carries all the mechanism located in the box. This frame 68 has four support legs arranged to rest on the arms 67. Bolts 70 pass through the legs 69 and hold the frame 68 fixedly on the supports 67. A support 71 and a support 72, come with the frame 68 or reported to it, carries the entire rotary mechanism. In the gear 71 are two roller or ball supports 73 - 74, in which rests the shaft 38 which carries at one end the helical gear 37 and at the other end the disc 30 and the small pinion 39. The motor 35 is mounted on a platform 75 supported by an arm 76 which extends from the frame 68.
The end of the armature shaft 77 carries a screw 36 in engagement with the helical gear 37 to drive the rotary mechanism.
The disc 30, carried by the shaft 38, is provided with radial bars 79 of iron or nickel, with permanent magnetization. These bars, when the disc 30 is rotated, pass under the reeds 66, which are each tuned for a particular frequency, so that when the speed of the disc is correct, the central reed will vibrate at the highest amplitude. .
If the frequency is slightly outside the correct frequency, the reed to the right or to the left of the central reed will vibrate at the maximum amplitude, depending on whether the frequency is greater or less. smaller than it should be.
The gear 39, mounted on the shaft 38, is in engagement with the gear 40 which drives the shaft 41 carrying the cams 28 and 43. The transmission ratio is such that the cams 28 and 43 are one. turn for three turns of the disc 30, this to give all the time necessary to raise the hammer and release it
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during measurement. Cams 28 and 43 are constructed such that contacts 26 and 27 and 44 and 45 are closed gradually and are opened sharply. For this purpose the eccentricity increases gradually and decreases sharply after the finger 80 has passed under point 81.
The contact 26 is of the spring type and the tension of this spring pushes the contact backwards as soon as the pressure acting in the opposite direction of the spring disappears.
Disc 30 is held to shaft 38 by means of plate 82 pinned at 83 to the shaft. To allow easy adjustment of disc 30 to zero on the scale or to remove it and employ another scale the disc is held to plate 82 by machine screws 84 which pass through an elongated slot 85 in the disc and hold the disc. ci fixedly by means of washers 86. In this way, if the zero of the scale does not correspond to the zero of the indicator, the scale can be moved back and forth until the zeros match.
The scale * 65 shown in Figs. 2 and 6, is mounted on the support 87 which forms part of the frame 68 and is graduated from zero to the depth for which the instrument is designed. This can vary within a certain limit, but generally the system is to be used for depths less than 300 fathoms, these depths being generally of the greatest interest to ships in indicating proximity to land and in conducting in. canals, in passes and in low water.
It should be noted that the construction of the indicating apparatus enables a mechanic to reach the various components without great difficulty for inspection and possible repairs. No wires protrude from the cover, or the box, so there is no danger even if an inexperienced mechanic tries to open the indicator boot.
In addition, the indicator is easy to read and its handling is simple, all the mechanical parts being of
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less weight than those used so far. If desired, the internal mechanism can also be removed and replaced by another. For this purpose an inspector can have with him a spare internal mechanism and substitute it for the other, if necessary. Or, the repairs can be entirely done in a workshop, the inspector replacing mainly the internal mechanism only if this one does not function properly.
This still assures operation of the device in addition to the possibility of quickly repairing the system in the event that little time has to elapse before the vessel starts up.
A single cable 88 exits the head 87 and encloses all the wires operating the complete system. These wires are connected directly to the distribution board 89 (fig.2), which is also mounted on the frame 68. The only thing to do to remove the internal mechanism is to disconnect these wires.
The striker mechanism is shown in detail in figs.
7 - 8 - 9 and 10. It is also shown in fig.l. It has a diaphragm 50 held securely against the edge of a boot 90 by means of bolts 91 which pass through a strong rim 92 at the edge of the diaphragm. Between the boot and the rim 92 is interposed a waterproof gasket 93 to prevent the entry of water into the interior of the boot, if this is necessary, although the apparatus is intended to act. in air, the diaphragm imparting the impulse to the skin of the vessel, as will be explained below.
In the center of the diaphragm is a piece 94 which extends from both sides of the diaphragm. On the outside, this part rests in a cap or crapaudine 95 which bears, without being rigidly held, against the coating 51 of the ship. On its internal side this piece has a flat surface opposite to the batter 49, which, in its operation, strikes the piece 94 to determine a sound vibration at the coating 51 and subsequently.
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the water. Between the collar 96 and the shoulder of the piece 94 is housed a coil spring 97, such that the main spring 98 determines a single blow or push to be given to the diaphragm.
The resistance of the spring 97 is exactly sufficient to prevent a second push.
The mainspring 98 is housed in a cup 99 at the top of the box and rests against the batter 49; this spring is centered on the striker by the core 100. The striking member 49 is housed in paths or grooves 101-102, clearly shown in FIG. 8; this ensures that this member is maintained in its centered position during operation.
A laminated core 104 is composed of blades 103 which are stamped circular pieces having two radiating protrusions to form the poles 105-106, transversely to which the magnetic flux flows. The blades are held together and to the boot by means of bolts 107. Two solenoid coils 106 are provided to generate this flow. when the current passes through these coils, the space between the poles is strongly magnetized and pushes the striker 49 against the spring 98. When the current ceases the spring 98 presses the striker downwards. against the part 94 which causes a shock to the coating 51 of the ship and thus to the water.
The diaphragm 50 is very thin and the spring 97 just strong enough to prevent a second impulse by the batter against the piece 94.The clearance between the batter 49 and the piece 94 is small, but sufficient only to allow the batter to accelerate before the batter is hit. 'it does not strike the diaphragm 50. The diaphragm is not held firmly in the part 95, nor is the part held firmly against the liner 52 of the vessel, so that the impulse, the shock , can be sudden and does not meet any opposition before its full force is communicated to the coating 51. These various points make it possible to obtain a rapidly decreasing impact.
Another characteristic point of the batter is shown in fig. 11.
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In the regular batter it has been found that the mechanism works very well once and then stops. This is due to the change in temperature of the mechanism which causes the copper to heat up and cut off the effective current. The magnetism is therefore reduced and although initially the curve of the magnet thrust reported on the y-axis of the batter's position is curve A, after continuous operation this curve can and is. often the curve B. The curve representing the force resulting from the spring forces is a line determined by Hooke's law and is represented by C.
Note that, while the curve A is continuously above the line C, the curve B goes below this line, which means that between points E and F the resulting force of the springs is greater. than the magnetic push on the batter. The magnet cannot push the batter upward and the batter will therefore stop.
To avoid this difficulty and obtain a constant resulting force, the coil magnetic circuit is such that the flux curve is always above saturation, as represented by curve D. Being always above saturation. ration, the force curve becomes a straight line and is found everywhere above the resulting spring force, so that the magnet or better the batter never stops. This ensures perfect and at the same time precise operation of the sound producing device.
It is necessary in the present system to have a special means for mounting the striker mechanism, the contact of the part 94 and the part 95 against the skin of the vessel requiring adjustment in each case. For this purpose the sound producing mechanism is provided with four threaded rods 108 which start from the top of the boot of this mechanism, and are provided with nuts 109 - 110 / The rods 108 pass through a plate 111 bolted to the angle bar 112 using bolts and nuts 113 and nuts 109-110. The nuts 109 can be adjusted along the
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rods 108 to obtain exactly the desired tension of the part 94 and the part 95 against the coating of the vessel.
The nuts 110 are blocked by split washers, located under them so as to hold the sound-producing mechanism rigidly in place. Two angles 112 are used to hold the sound producer and they are bolted to the frames 114 or otherwise attached to the vessel,
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R3.Elf: rCAT! 01fS.
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1. A distance measuring system in underwater signaling in which a high decay compression pulse is produced, the echo being received by and passing through a vacuum valve circuit, responsive to a pulse. decrease to activate an indicator.