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pour :"Methode et appareil de sondage aérien ou sous-marin "
La présente invention a pour objet une méthode permettant d'engendrer un son musical bref , de per- oevoir l'écho de oelui-ci sur un obstacle et de détermi- ner la distance de l'obstacle par le temps qui s'est écoulé entre le son bref et le retour de son écho , oe procède ayant pour application particulièrement impor- tante ,la détermination de l'altitude d'un avion ou la profondeur d'eau sous un navire pour cela le son bref émis par l'aéronef
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ou le navire se réfléchit sur la surface du sol servant de miroir ,
l'écho ainsi produit est capté par le récepteur de l'aéronef ou du navire et déolanohe l'arrêt d'un ohrono- graphe électrique mis en marche par le départ du son bref
La difficulté essentielle étant l'existenoe de bruits perturbateurs intenses dûs aux propulseurs et mo- teurs du véhicule ,on supprimera,selon ltinvention , la réception des parasites en employant une méthode qui son- siste : la/ A émettre un son bref musical, oest à dire de fréquence acoustique définie et constante .
2 A employer à la réception, des micro- phonesayant leur résonance voisine de la fréquence à re- cevoir mais non exactement égale pour éviter que lesrégi- mes transitoires provoqués par les perturbations parasites soient produits sur la fréquence du signal .
3 A amplifier le courant miorophonique au moyen d'un amplificateur ayant une sensibilité séleati- ve obtenue par desétages amplificateurs à résonance accor- dés sur la note émise
4 / A utiliser un chronographe électrique basé sur l'emploi combiné d'un condensateur électrique se chargeant au cours du temps d'éoho et d'une lampe trio- de servant à mesurer la charge de ce condensateur pour per- mettre la lecture directe des distancessur un apparêil à aiguille , gradué en conséquence ,
Il a été reconnu que la fréquence du son bref émis devait étre¯ supérieur à 500 périodes pour se dif- férencier nettement des bruits de moteur et nette diffé- renciation est particulièrement efficace en adoptant une fréquence beaucoup plus élevée , telle que 1250 périodes
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par exemple ,
Conformément à l'invention, le son bref est engendré au moyen d'un émetteur à air comprimé donnaat une note pure et aiguë satisfaisant à la condition précédente de fréquence , l'air comprimé pouvant être remplacé par un gaz sous pression de nature quelconque , l'acide carbo- nique par exemple , qui peut être emmagasiné à l'état liqui- de .
Cet émetteur doit émettre avec une grande puissance, entrer en vibration instantanément et s'arrêter de même , la durée totale de l'émission ne devant pas dé- passer 0,02 seconde pour lesmesures de faibles distances.
A cet effet l'émetteur est constitué par un sifflet ou une sirène recevant l'air comprimé par l'in- termédiaire d'une soupape , très légère et équilibrée, pour ne nécessiter qu'un effort faible , et démasquant une ouverture assez grande pour ne pas étrangler le débit d'air comprimé , oette soupape étant très rapprochée du sifflet et ayant sa chambre intérieure de volume le plus faible possible afin que sa mise sous pression lors de son ouverture soit pratiquement instantanée; ladite soupape ayant en outre une faible durée d'ouverture obtenue par un déplacement rapide ,continu, dans un sens ou dans l'autre , avec franchissement de la position de pleine ouverture sans arrêt sur cette position .
Dans le cas d'un sifflet, celui-ci sera monté dans un pavillon accordé sur sa note qui favorisera l'émission d'une note pure et dirigera le son vers la surface réfléchissante ,
Dans le cas d'une sirène, celle-ci compor- tera un disque percé de trous servant de modulateur, en- traîné à vitesse constante , passant devant les orifioes
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de même forme d'un distributeur. lequel est alimenté par un gaz comprimé par l'intermédiaire de la soupape définie ci-dessus . Afin d'éviter toute -variation de -vitesse , les trous du disque modulateur seront obli- ques par rapport au plan de rotation , de manière que le couple moteur engendré par les jets d'air , lorsqu'il y a émission, soit égal au couple résistant , dû à l'effet de la pression du fluide sur le disque .
Aveo oe genre d'émetteur , l'amplitude ma- ximum est atteinte dès que la pression est appliquée , oe qui peut être obtenu avec un retard inférieur à un cen- tième de seconde au moyen de la soupape sus-indiquée et de canalisations courtes et de grosses seotions .
En ce qui concerne la réception, il est fait usage d'un microphone dont le diaphragme -vibrant présente un amortissement assez grand pour que l'excita- tion par choc soit faible , et possède une fréquence de résonance assez voisine mais différente de oelle du signal pour que l'excitation par choc ne se produise pas exacte- ment sur la fréquence du signal .
D'autre part , on utilise un amplificateur sélectif comportant, entre les étages des transforma- teurs à faible couplage magnétique , avec bobinages primai- re et secondaire nettement séparés , le secondaire étant accordé sur la fréquence du signal par un condensateur fixe ou réglable de manière à amplifier uniquement les échos reçus ,
En oe qui oonoerne la mesure du temps , suivant la présente méthode , on utilise un ohronographe entièrement électrique basé sur la mesure au moyen dtune triode ,de la charge acquise par un condensateur pendant
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étant l'intervalle de temps à mesurer , ce chronographe caracté- risé en ce que le condensateur est inclus dans un oircuit comprenant :
une résistance déterminant la vitesse de char- ge, une différence de potentiel servant à la charge, et l'espace filament-grille de la triode , celui-ci servant de conducteur unilatéral permettant la charge du oondensa- teur et ne permettant pas sa décharge .
D'autre part, coformément à l'invention la mise en charge dudit condensateur est déolanohée par un montage oaraotérisé par une lampe à décharge au néon reliée 1 à une source de tension, 2 à un transformateur provo- quant son allumage sous l'influence de l'émission du signal bref, 3 à une résistance qui est incluse aussi dans le air- ouit de charge du condensateur et aux bornes de laquelle apparaîtra la différence de potentiel servant à la charge de ce condensateur, cette différence de potentiel provenant de la chute ohmique dans cette résistance par le passage du courant traversant la lampe au néon .
Une autre caractéristique de l'invention ré- side en ce que la fin de la charge du condensateur est provoquée par une surtension de sens opposé à la force électromotrice de la source alimentant la lampe au néon, et déclanchant par conséquent l'extinction de oelle-oi ,
Cette surtension est produite par le re- dressement du courant alternatif ( ayant la fréquence du son bref émis comme signal) résultant de l'amplification de l'écho reçu ; le dispositif redresseur est intercalé en série dans le circuit comprenant la lampe au néon et la source qui l'alimente.
Une autre caractéristique de l'invention ré
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side dans l'emploi d'un montage retardateur constitué par une lampe au néon placée aux bornes d'un condensateur qui se charge à travers une résistance à partir de l'instant de l'émission et qui provoque l'allumage de la lampe lors- que sa tension de charge atteint la valeur critique d'allu- mage , le oircuit de cette lampe comportant un enroulement primaire de transformateur dont le secondaire est interoalé dans le circuit de la première lampe au néon dont l'alluma- ge provoque la charge , de telle sorte que la charge ne peut commencer qu'après la réception directe du son émis , qui aurait provoque prématurément l'extinction de la lampe au néon .
Les dessins annexés montrent à titre dtexem- ple une forme dtexécution des dispositifs utilisés confor- mément à la méthode objet de l'invention.
La fig.l est une coupe vertioale de l'émet- teur .
La fig,2 représente un avion avec la disposi- tion de l'émetteur et du récepteur .
La fig.3 représente le microphone récepteur.
La fig.4 représente schématiquement le mon- tage amplificateur de la réception.
La fig,5 est une coupe d'un transformateur accordé employé dans cet amplificateur .
La fig.6 est un schéma d'ensemble du montage chronographique .
La. fig.7 montre en coupe vertioale une va- riante de l'appareil émetteur .
La fig.8 est une coupe faite perpendicuai- rement au plan de la fig.7 suivant la ligne 8-8 .
Ainsi qu'on le voit sur la fig.l, l'émetteur
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comporte un sifflet 1 , sne soupape équilibrée 2 , un pavillon 3 et des organes de oontact constitués par deux tigesconductrices 4 et5 maintenuesdans deslogements 6 et 7 au moyen de ressorts 8 et 9 , en contact avec la partie 10 qui termine la tige centrale de la soupape .
Dans la pièce 10 est enchâssée une pièce isolante Il ayant pour but de supprimer tout contact éleo- trique entre les pièces 4 et 5 lorsque la soupape est dans la position correspondant à couverture .
Le but de ce contact-qui se trouve par con- séquent fermé quand la soupape est elle-même fermée et ouvert quand la soupape est ouverte - est de déclancher le fonctionnement du ohronographe qui sera décrit plus loin.
12 est un tuyau d'arrivée de l'air comprimé du réservoir .
La soupape est constituée par deux parties a b cylindriques formant pistons 13 et 13 entre lesquels se trouve la chambre 14 qui laisse la passage à l'air com- primé lorsque la position de la soupape est telle que la figure 1 la représente ce qui démasque les ouvertures 15 et 16 ,lorsque la soupape est déviée vers la droite ou vers la gauche elle ferme les ouvertures 15 et 16 , ce qui peut être obtenu en agissant sur la tige 17 soit au moyen d'un électro-aimant non représenté ou bien sous Inaction d'un marteau percuteur lui-même non représenté et dont la réalisation n'offre rien de spécial .Cette tige 17 assure aussi le guidage sans coincement des pistons 13a et 13b dans le cylindre 18 lequel est percé de trous 19, qui évitent la compression d'un matelas d'air inutile dans les extrémités ,
. on remarquera que 1 position initiale de la soupape est fermée soit vers la droite, soit vers la
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gauohe , et le coup de sifflet est produit par le passage de la soupape d'une des deux positions ex- tr êmes. la gauche par exemple , à l'autre , qui aéra donc la droite .
Dans oe mouvement , le débit d'air com- primé n'est possible que pendant le passage de la soupa- pe par sa position milieu . On obtient ainsi une rapidi- té de fonctionnement beaucoup plus grande que par l'arrêt de la soupape sur cette mosition milieu .
Dans la fig. 1 , il a été représenté un sifflet à cloche , mais il est bien entendu qu'on peut aussi utiliser un émetteur à air comprimé à diaphragme vibrant , à anche , etc....
Pour le sondage aérien, l'emploi du pavillon 3 permet de diriger l'onde émiae , pour amé- liorer le rendement . L'orientation peut être fixa ou réglable en marche . pour les aéronefs très rapides , où la vitesse peut être assez grande pour atteindre 1/10e à 1/5e de celle du son, il y a lieu d'orienter ce pa- villon légèrement en avant de la verticale ( de 5 à 10 pour des vitesses de 180 à 240 kilomètres à l'heure ) afin de tenir compte de la composition de la vitesse du mobile avec celle du son . En effet , l'écho utile est celui qui atteint l'aéronef qui a progressé pendant la durée d'écho .
Le pavillon ne devant émettre qu'une note pure relativement aiguë peut être court car il suffit qu'il ait le rendement maximum pour la fréquence émise.La fréquence limite inférieure d'un pavillon exponentiel étant d'autant plus élevée que le pavillon est plue court, il est ainsi possible d'employer un pavillon peu encombrant
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et de diamètre de sortie suffisant cependant pour concentrer l'onde sonore émise dans un angle solide d'uae 'ouverture raisonnable.
Cet angle doit être choisi petit pour augmen- ter la portée mais les oscillations de l'aéronef autour de la position d'équilibre en imposant le minimum admissi- ble, pour éviterles remous d'air dans le pavil- lon celui-ci est enfermé dans l'aéronef et il débouche dans une région où les filets fluides ont une forme convenable,
La fig.2 montre afin de fixer les idées , une des nombreuses dispositions possibles de l'ensemble du montage altimètrique à bord des avions .
L'émetteur est représenté en 3, à l'avant de l'avion, car les bruits desmoteurs sont sans influence sur lui
Le récepteur qui sera décrit plus loin est représenté en 27, son pavillon est inoliné vers l'arrière de 5 à 10 pour les aéronefs rapides et il est placé à 1' arrière de la carlingue ; cette région étant choisie comme étant celle qui est à la fois la plus éloignée du moteur et celle où les vibrations sont les plus faibles.
Le choix de l'amplacemnt du réoepteur dépend naturellement des conditions particulières à chaque aéronef.
Les organes amplificateurs et le ohronographe sont placés en un endroit quelconque, de préférence près du pilote ou du navigateur qui peut ainsi suivre oonstam- ment les indications de l'appareil. on peut atténuer les remous, lorsque la forme de la carène les rend inévitables, en fermant les pavil- lons par une membrane très mince, fortement tendue mais
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il en résulte toujours une perte d'énergie .
Il est bien préférable de placer en amont des pavillons de l'émetteur et du récepteur une surface de courbure convenable déviant les filets fluides de ma- nière à créer une zone de calme devant l'ouverture des pavillons ; sur la fig,2 ces surfaces portent les référen- ces 21 et 22 ,
L'onde émise se réfléchit sur le sol et de- vient sous forme d'un écho qui doit être perçu à bord du véhicule .
Au point de vue de la réception des échos , l'invention est caractérisée par l'emploi d'un microphone ayant une courbe de résonance contenant la fréquence des signaux mais dont le sommet de résonance ( ou fréquence propre ) est différent de cette fréquence ce microphone étant muni - dans le cas du sondage aérien - d'un pavillon qui permet d'augmenter la sensibilité de la réception en même temps que d'obtenir la directivité des facultés ré- ceptrices du microphone d'ou une élimination très inté- ressante des parasites venant de l'aéronef .
La membrane vibrante du microphone est ré- alisée de manière que sa fréquence de résonance soit assez différente de la note utilisée pour les signaux car il est nécessaire que less régime s transitoires et lesexci- tations par choc par les vibrations parasites ne puissent pas donner lieu à des courants miarophoniques ayant la fréquence du signal sur laquelle est accordé l'amplifi- cateur sélectif qui est relié au récepteur .
D'autre part, il faut que la sensibilité du microphone qui décroît pour lesfréquences s'écartant de la résonance reste sa- tisfaisante pour l'écho du signal ; il est donc néces-
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saire dtemployer un miorophone dont l'amortissement soit assez grand afin que la courbe de résonance soit assez plate et puisse contenir , avec une valeur de sensi- bilité suffisante , la fréquence de l'écho . Cette oondi- tion conduit à choisir pour la fréquence propre du micro- phone une valeur relativement voisine de oelle du signal , L'écart entre les 2 fréquences peut être compris pratique- ment , suivant l'importanoe des parasites , entre 5 pour cent et 30 pour cent ,
Une forme de réalisation préférée de la membrane miorophonique accordée consiste en une plaque mé- tallique circulaire enoastrée par ses bords et fermant une chambre stéthosoopique dans laquelle débouche le pavillon , Cette membrane ,23 (fig.3) ferme la cavité 25 terminée par le pavillon 26 .
La membrane 23 porte un élément micro- phonique appelé " solidbaok " dont l'éleotrode mobile légère 31 peut être fixée , soit au centre ( ce qui rend l'amortissement maximum) soit plus ou moins près des bords de la membrane ( ce qui revient à diminuer l'effet d'amortissement dû au frottement des grains de graphite les uns contre les autres ) , dans le but, d'obtenir l'acuité de la courbe de résonance désirée , L'électrode lourde est désignée par 30 . Un récepteur de ce genre est sensible dans un domaine de fréquences aseez étendu mais l'emploi d'une plaque d'épaisseur oonvena- ble , tenant oompte de la surcharge constituée par l'é- lectrode mobile du solid- baok , permet d'obtenir la fréquence propre qu'on s'est fixée d 'après la fré- quence du signal fourni par l'émetteur .
A titre d'exemple , on indiquera qui
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un disque de 7 centimètres de diamètre libre , en tôle d'acier au silicium de 0,5 à 0, 6 millimètres d'épaisseur portant un solid-back en son oentre , possède une fréquen- oe propre de résonance de 500 à 600 périodes , la valeur exacte dépendant de la rigidité de la tôle utilisée .
On peut augmenter l'acuité de la résonan- ce par l'emploi de membranes plus épaisses avec une surohar- ge au centre , mais il est préférable de ne pas utiliser un miorophone trop peu amorti parce qu'un tel récepteur ajoute à toutes les vibrations forcées que lui imposent les variations de pression agissant sur lui , un régime transitoire constitue par une -vibration amortie de fréques- ce égale à sa fréquenoe propre . Il en résulterait un cou- rant de oette fréquence qui traverserait ensuite tous les dispositifs sélectifs et produirait à tort le fonctionnement du ohronographe si la fréquence propre du microphone était la même que celle du signal .
Il est donc intéressant d'amortir suffisam- ment le microphone et de lui donner une fréquence propre suffisamment différente de la fréquence du signal .
Dans le cas des aéronefs rapides , tels que les avions , il est préférable d'employer comme récepteur un microphone électromagnétique tel qu'un haut- parleur fonotionnant en récepteur , car le solid- baok est très sensible aux vibations mécaniques telles que les trépidations qui peuvent donner un bruit de fond exagéré .
Le solid - back est remplacé par un moteur de haut-parleur électromagnétique . Les mouve- mente vibratoires du diaphragme engendrent ainsi une force électromotrice'dans les bobines du moteur ré-
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-versifie . Naturellement on emploie de même un diaphragme accordé au -voisinage de la fréquenc e du signal , mais non sur cette fréquence ,
Pour le sondage sous-marin on emploie- ra un miorophone sous-marin très analogue mais ne comportant pas de pavillon et dont la membrane récep- tric sera au contact de l'eau dans un ballast fixé à la ooque soit directement par encastrement du microphone dans la coque ,
Afin de réduire les vibrations , on fixera élastiquement le récepteur en utilisant par exemple un support en caoutchouc .
Le signal perçu par le récepteur est ensuite amplifié par l'amplificateur représenté fige 4 .
Dans celui-ci les liaisons entre les tubes à vide sont effectuées par des transformateurs à grand coefficient de fuites magnétiques , tel que celui représenté fig.5, obtenus en plaçant côté à cote une bobine primaire 35 et une bobine secondaire 36 traversées par un faisceau de tôles ferro- magnétiques droites 34 créant un couplage entre elles .
La bobine secondaire est calculée de manière à résonner sur la fréquence du signal lors- qu'on la ferme sur un condensateur 37 dont la oapa- cité est de l'ordre de 0,1 à 5 millièmes de micro. farad ,
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La bobine primaire 35 comporte un nombre de spi- res tel que sa réactance de self soit comparable à la ré- sistance interne du tube à vide qui 1''alimente mais plutôt un peu plus faible .
Sur la fig.4 , le tube à vide 28 est amplifica- teur tandis que le tube 29 est en même temps détecteur .
30a est la borne reliée au micro 27 et à la borne négati- ve 39 de la source de chauffage des filaments , Le retbur du microphone se fait par la borne 31a au primaire 32 d' un transformateur du type de la fig.5 , à secondaire 33 accordé par le condensateur 45 ,
Le courant anodique traverse le primaire 35 d' un autre tfansformateur accordé ( secondaire 36 avec oon- densateur d'accord 37) relié à la borne positive du chauf- fage 38 et à la grille du détecteur par un condensateur 42 de quelques millièmes de microfarads shuntépar une résistance de ltordre de 1 à 4 mégohms .
Dans le circuit plaque de ce tube on interoale aux bornes43-44 le système ohronographique .
Sur la fig.6on retrouve lesbornes 43-44 de branchement du système ohronographique . Sur cette fig. le condensateur dont la charge servira à mesurer les temps est le condensateur 50 . son électrode 51 est reliée à la grille d'une lampe trio-de 52 très bien vidée et pré- sentant un isolement extrêmement grand .Le filament de cette triode est chauffé par une source de tension 53 de 4 volts .
L'autre électrode 54 du condensateur ohronogra- phique 50 est reliée à l'extrémité négative 55 du fila- ment de la triode 52 , par l'intermédiaire d'une résis- tance R de valeur bien déterminée et dont le- rôle est @
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de définir la constante de temps de charge du condensa- teur .
Entre cette résistance R1 et l'extrémité négative 55 du filament, se trouve une autre résistance R2 intercalée dans un circuit comprenant des lampes au néon et qui sera décrit un peu plus loin .
Avant de décrire et dtexaminer le fonction- nement des circuits à lampe:- au néon, il est utile d'ex- poser le fonctionnement de la partie chronographique , Pendant toute la durée de l'intervalle de temps à mesurer , un courant constant 1 ( débité par le circuit non encore décrit contenant les lampes au néon ) traverse la résistance R et produit à ses bornes une
2 chûte ohmique de valeur R2 x I et dont le sens est tel qu' il tende à rendre positive la grille par rapport au fila- ment et à cause de cela, cette tension R x I est appliquée au condensateur 50 grâce à la conductibilité de l'espace filament-grille de la triode , pendant la durée à mesurer , par suite du choix de la valeur de la résistance R1,
le condensateur n' a le temps de prendre qu'une faible fraction de la charge maximum, la grille se trouve portée par rapport au point 55 ( pale négatif du filamment) à un potentiel qui est + R x I-R 1 x i, expression dans laquelle i est le cou-
2 1 rant da charge du condensateur 0 à l'instant considéré , courant qui doit traverser l'espace filament-grille pour circuler entre les points 55 et 51 , ce dernier étant le point de jonction entre le condensateur et la grille .
Le potentiel de la grille est nécessaire- ment positif parce que , s'il ne l'était pas, la lampe étant bene isolée ne serait le siège d'aucun courait gril- le et comme celui-ci est précisément le courant de charge
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lui-même i , le terme R1 x i serait nul , de sorte que la tension grille serait égale à R2 x l. qui est très positif et atteint habituellement plusieurs dizaines de volts , et serait donc positive à plus forte raison . lorsque On sait, que/La grille d'une triode est po- sitive , un courant important pouvant atteindre plusieurs milliampères , circule à l'intérieur de la triode entre le filament et le-grille .
Pour des tensions positives de l'ordre d'une fraction de volt , le courant grille est suffisamment grand pour que le courant de charge ne soit pas limité par la résistance interne filament-grille mais bien par la résistance externe R1 placée dans le oirouit de charge du condensateur ,
Ceci résulte en particulier du fait que quand la grille est positive , l'on peut assimiler l'espa- ce filament-grille à une résistance inférieure à 100.000 ohms, et même pour les lampes actuelles, à 50.000 ohms.
Si donc la résistance extérieure IL est de l'ordre de plusieurs mégohms on pourra ( en première ap- proximation ) dire que tout se passe comme si la lampe servait de court-circuit et reliait au point 55 du filament l'électrode 51 du condensateur 50, connectée à la grille . pendant toute la durée à mesurer, le conden- sateur 0 se charge suivant une loi exponentielle, et comme à la fin de la durée à mesurer I s'annule , la différence de potentiel Rx I disparaît .Immédiatement,
2 le potentiel de la grille qui n'était rendue positive que grâce à la tension R2 I, devient négatif .
Le courant de décharge s'annule immédiatement car l'espace filament- grille prend une résistance infinie .comme le courant
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de décharge est nul , il n'y a plus aucune chute ohmique dans les résistances R1 et R , de sorte que la tension grille devient égale exactement à la tension aux bornes du condensateur 50, laquelle mesure précisément la charge acquise par ce condensateur au cours de la durée que l'on veut me surer .
La grille de la triode ayant ainsi pris un potentiel négatif mesurant la charge du condensateur, le courant anodique de la lampe prend une valeur correspondant à ce potentiel et qui Teste fixe , car le potentiel de la grille reste lui-même invariable , puisqu'aucune décharge ne se prdduit .
La relation qui détermine la valeur du cou- rant plaque, en fonction de la tension de grille , est bien connue et invariable pour une lampe donnée ( c'est la caractéristique anodique de la lampe) .par conséquent , les déviations du milliampèremètre M sont bien caractéris- tiques de la charge acquise par le condensateur et par suite sont fonction du temps pendant lequel le courant I a txaversé la résistance R2.
Voici maintenant la description du montage qui permet de débiter le courant constant I dans la résis- tanoe R pendant l'intervalle de temps à mesurer .
2 on a constitué un circuit fermé comprenant une lampe au néon 56 reliée à la résistance R2 un redres- seur de courant alternatif constitué par un transformateur 57 t et un montage de rondelles rectifiantes, à l'oxyde de ou ivre , formant pont de Wheatstone, 58 .
Le primaire 59 du transformateur 57 est par- couru par le courant de sortie de l'amplificateur séleo- tif de la fig.4 auquel est relié le microphone récepteur,
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27.
La réception du signal d'écho se traduit par un courbât alternatif dans ce primaire 59, qui dévelop- dans le secondaire 60 une tension alternative, laquelle est redressée dans le redresseur 58 et appliquée entre les bornes 58a, 58 , dans le sens tendant à rendre positive la lampe au néon 56 , par rapport à la borne 58a de ce re- dresseur . a
La borne de sortie 58a est reliée au secon- daire 61 d'un transformateur 62, qui est à son tour relié à un potentiomètre 63 alimente par une pile 64 et permet- tant d'intercaler dans le circuit une différence de poten- tiel pouvant varier de 0 à 24 voltsenviron ,
Cette tension est appliquée dans le sens opposé à la tension continue développée par le redresseur 58 .
Entre deux bornes 65 et66 , dont la pre- mière est reliée à la borne positive du potentiomètre 63 , et la seconde à la borne 67 de la résistance R , est appliquée une tension oonstante de l'ordre de 80 volts qui pourrait être obtenue par une batterie d'accumula- te urs , mais qu'il est commode de remplacer pour limiter le poids de l'installation en vue de son application sur les avions, par une pile 68 qui est plus légère ,
Comme la tension d'une pile peut ne pa.s être très constante et comme la valeur du oourant I qui circule dans ce circuit doit être rigoureusement cons- tante , il a été trouvé commode de stabiliser la ten- sion introduite entre les bornes 36 et 37,
en utilisant les propriétés stabilisatrices d'une lampe à décharge
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au néon 69 .
Une telle lampe présente en effet la propriété connue de maintenir à ses bornes une tension constante , dès qu'elle' est allumée et qu'on la fait tra- verser par un courant pouvant varier entre une intensité de quelques micro-ampères jusqu'à plusieurs milli-ampères.
On fera donc traverser cette lampe ré- gulatrice par le courant débité par une pile 68 d'environ 180 volts, en série avec une résistance R3 de l'ordre de 100.000 ohms .Il passe ainsi dans la lampe au néon un cou- rant d'à peu près 4/10 de milliampère pour lequel la ten- sion aux bornes de cette lampe est très sensiblement cons- tante, et de l'ordre de 84 volts .Cette tension dépend d'ailleurs de la lampe au néon utilisée , mais pour une même lampe elle est bien définie ,
La pile 68 est comprise entre les bor- nes 65 et 70 , l'extrémité négative étant rattachée à la borne 65 et l'extrémité positive à la borne 70 , laquelle est reliée à la résistance R , elle-même connectée à la lampe régulatrice au néon 69 , au point 66 .
Si l'on considère maintenant le air- cuit 56 ,58,61 63,65,66,67, 56 , on voit qu'il est le siège d'une force électro-motrice permanente tendant à faire circuler un courant I dans le sens de la flèche, à travers la résistance R .
Cette tension permanente est égale à E + V. E étant la tension permanente aux bornes de la lampe au néon 69 , etv étant la tension aux bornesdu potentiomètre 63 .
Lorsque la lampe au néon 56 est éteinte,
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cette tension E + V est entièrement appliquée à ses bornes . Or , il est bien connu qu'une lampe à décharge au néon possède la particularité de s'allumer pour une certaine tension Ua et de s'éteindre pour une autre ten- sion Ue plus petite que Ua,
Si donc la tension totale E + V est comprise entre Ua et Ue, la lampe pourra rester allumée ou étein- te , tant qu'aucune cause extérieure au circuit n'aura pas provoqué le franchissemnt de l'une des deux tensions limites .
pour déclamcher le fonctionnement du Qhronographe au début d'un intervalle de temps , on provoquera une sur- tension dans le circuit contenant la lampe au néon 56 et dans le sens qui accroît la tension existante , 0 On franchi- ra ainsi la tension critique d'allumage Ua et la lampe au néon s'allumera prenant alors une résistance interne extrêmement faible qui peut être considérée comme petite par rapport à la résistance R , laquelle peut être ohoi- sie sans inconvénient de ltordre de grandeur de 200.000 ohms environ .
Dans ces conditions, un courant bien défini oir- culera dans la résistance R sous Inaction de la force
2 électro-motrice permanente E + V , qui subsiste après que la perturbation instantanée qui a dé clan ohé l'alluma- ge , a elle-même disparu ,
Cette perturbation est provoquée , comme il sera expliqué plus loin, par l'émission du signal bref , mais avec un certain retard, toujours le même.
L'arrivée de l'écho capté par le microphone , amplifie sélectivement par l'amplificateur et redressé par le montage rectifiant 58 , provoque une surtension opposée à la précédente dans le air cuit de la lampe au
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néon 56 .Cette surtension diminue la force électromotrice totale E +V, jusque la rendre inférieure à la tension d' extinction Ue , de la lampe 56 ,Il en résulte l'arrêt de la décharge ; le courant I qui traversait R2 disparaît .
Ayant ainsi montré comment on pouvait pro- voquer un courant constant I pendant la durée à mesurer, c'est à dire entre le départ de l'émission et l'arrêt de l'écho ,on va maintenant décrire la partie du montage qui provoque la surtension due à l'émission et allumant la lampe au néon 56 .
L'allumage de la lampe au néon 56sera fait avec un retard constant, déterminé une fois pour toutes, par rapport à l'émission du son bref ; ainsi la réception directe du coup de sifflet n'aura aucun inconvénient puisque la lampe au néon 56 n'étant pas allumée, son ex- tinction ne pourra pas se produire ,
De plus , le système servant à retarder la surtension d'allumage', sera tel qu'il ne donnera lieu qu'à la surtension de l'allumage et à aucune surtension de sens inverse pendant la durée de la mesure .
Ce résultat est obtenu par l'allumage d'une troisième lampe au néon 71 , en série avec l'enroulement primaire 72 du transformateur 62 , sous l'action d'une source de courant qui peut être la même que celle 68 déjà indiquée entre le s bornes 65 et70. pour diffèrer l'allumage de la lampe au néon 71 , on utilise la charge progressive d'un condensa- teur 73 placé entre la borne 74 du transformateur 72 et la borne 75 de la lampe au néon 71 ,
La borne 74 est reliée à la borne 65, ex- trémité négative de la pile 68 .
La borne 75 relie l'autre armature du con- densateur 73, d'une part à la lampe au néon 71 , et d'
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autre part à une lame -contact 76 dtune relais 77 alimen- té par le courant d'une source 78, dont la ciroulation est commandée par le contact 4-5 porté par la soupape du fifflet.
Ce relais 77 est du type téléphonique à plusieurs contacts, et comporte un contact de verrouillage qui se ferme lorsque le courant provoque la fermeture du relais et le maintient ainsi réalimenté .
Le contact 4-5 de la soupape est en série avec la source 78 qui alimente le relais, de sorte que l'ou- verture du contact 4-5 coupe complètement le oourant et provoque le désarmement du relais .
Un bouton 79 qui shunte le contact de réar- mement 80 permet, lorsque le sifflet est au repos , de fermer le circuit sur la source 78 par le contact 4-5 , et de provoquer la fermeture, ou armement du relais 77 lequel ne pourrait se réarmer seul puisque le contact 80 manoeuvre par lui,est en série avec la source .
On peut donc provoquer la fermeture du re- lais avant un sondage et ce relais restera ainsi armé jus- qu'à ce qu'une coupure instantanée du contact 4-5 vienne provoquer le désarmement du relais 77 qui ne pourra plus ensuite se réarmer seul ,
Le relais 77 ,lorsqu'il est armé, ferme un autre contact 81, complètement indépendant des précédents et court-circuitant le condensateur 50 placé dans le air- cuit de grille de la triode de mesure 52 , de sorte que celui-ci est toujours déchargé totalement avant toute mesu- re ,et que , jusqu'à l'instant précis de celle-ci , il reste en court-circuit .
Le relais 77, manoeuvre aussi , oomme il a été dit , la lame 76 qui sa et vient entre deux butées,
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l'une 82 sur laquelle elle repose lorsque le relais est désarmé , est reliée à la borne positive 70 de la source 68 par une résistance R ayant une valeur de l'ordre de
4 25,000 à 50.000 ohms '.
La lame 76 vient toucher, lorsque le relais est armé, l'autre butée 83 qui est reliée à la borne 74 du condensateur 73 , tendis que ladite lame est reliée à l'autre borne de ce condensateur
Lorsque le relais est armé, ce qui est le cas avant un sondage , le oontact 76-83 corut-cirouite le condensateur 73 qui est ainsi entièrement déchargé .
Au moment de l'émission d'un son par dé- placement de la soupape 2 ( fig,l) , le contact 4-5 de celle-ci coupe l'alimentation du relais 77 et provoque son désarmement , ce qui entraîne d'une part la cessation du contact 81 qui court-circuitatle condensateur chrono- graphique 50 ,et provoque d'autre part le déplacement de la lame 76 qui quitte la butée 83 contre laquelle elle était appliquée par la fermeture permanente du relais , pour venir reposer contre la butée 82 sur laquelle elle restera tant qu'on ne provoquera pas volontairement le réarmenment du relais par la fermeture du bouton 79 .
A partir de l'instant où la lame 76 déoourt- circuitant le condensateur 73 est venue toucher le oontaot 82 , ce condensateur 73 comence à se charger à travers la résistance R 4 sous l'action de la source 68 .
La tension de charge acquise par le con- densateur 73 croit suivant une loi exponentielle jusqu'au moment où elle atteint la tension d'allumage de la lampe au néon 71 .
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A ce moment, la lampe s'allume instantanément , provoquant un afflux de courant dans le bobinage du trans- formateur 62 qui développe ainsi la surtension déclan- chant l'allumage de la lampe au néon 56 ( origine de l'in- tervalle de temps mesuré par le chronographe ) ,
L'allumage de la lampe 71 subsiste ensuite , car la tension de la source 68 est suffisante pour maintenir allumée la lampe 41, puisqu'elle est supérieure à la ten- sion d'allumage .
Il ne pourra donc pas se produire de surtension de sens inverse pendant la durée du sondage , du fait du transformateur 62 , le courant produit dans le circuit de la lampe au néon restant constant . L'arrivée de l'écho provoque l'extinction de la lampe au néon 56 .
Comme il a été dit précédemment , le milliampè- remètre P indique le courant anodique de la triode , et , par sa déviation, le temps pendant lequel le condensateur chronographique a été charge , lorsque la mesure est ter- minée .
Pour ramener tout le système à l'état initial, il suffit de presser sur le bouton de réarmement 79 , ce qui rétablit l'alimentation du relais 77 , oouroirouite de nouveau le condensateur chronogographique par le contact 81, ce qui ramène l'aiguille du milliampèremètre à sa po- sition de départ , tandis que la lamp 76 qui touohait la butée 82 vient court-circuiter à nouveau le con- densateur 73 en prenant contact sur la butée 83 , ce qui ramène le circuit du condensateur 73 a son état initial .
Dans cette période d'attente d'une nouvelle mesure , 'la lampe 71 est de nouveau éteinte comme la lampe 56.
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On remarquera que la mesure de la durée de charge du condensateur chronographique ne diffère de l'in- tervalle de temps compris entre l'émission d'un signal et la perception de son écho, que par la durée de fonctionne- ment du relais 77 et la durée de charge du condensateur 73 .
Cesdeux duréessont touteslesdeux par- faitement constantes et il suffit d'en tenir compte une fois pour toutes par une détermination séparée ,
Pratiquement, on étalonne d'ailleurs ex- périmentalement le chronographe tout entier, ce qui éli- mine la nécessité d'une telle détermination partielle ,
La graduation du milliampèremètre mesurant le courant anodique peut être faite directement en in- tervalles de temps ou en mètres de parcours , pour les applications de mesure de distance par la méthode de l' écho , d'autre part, l'emploi d'un milliampère mètre en- registreur permet de conserver une trae des différentes mesures de manière à obtenir le profil vertical du ter- rain traversé ,
Dans l'exposé du principe du chronographe il a été indiqué un certain nombre de valeurs numériques choisies de manière à permettre de réaliser un ap[pariil de ce genre, mais ces valeurs ne sont pas limitatives car leur choix résulte des propriétés particulières à chaque type de lampe à décharge , ainsi que des inter- valles de temps à mesurer .Elles sont calculables à par- tir des principes exposés et peuvent donc être modifiées sans sortir de l'esprit de l'invention.
Sur les fig,7 et 8 on a représenté une autre forme d'émetteur susceptible d'être employé aux lieu et place de celui de la fig.l,
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Sur la fig.7 on voit le disque modulateur de si- rène 90 qui est entraîne par un moteur électrique m muni d'un régulateur r permettant d'atteindre une fréquence constante à 1% près , Le disque tourne avec un léger jeu dans un logement circulaire 91 formé dans un boîtier 92 , Celui-ci présente à l'aplomb de la rangée circulaire d'ori- fices 93 du disque, une série d'orifices 94 , au-dessus desquels se trouve une chambre 95 d'adduotion du fluide , pratiquée dans une pièce 96 laquelle est surmontée par la soupape 97,
analogue à la soupape 2 de la fig,l Le pa- villon 98 permet de diriger l'émission vers le bas .
Sur la fig.8 la même région est représentée suivant une coupe perpendiculaire au plan de la fig.7 permettant d'apercevoir les trous obliques 93 perses dans le disque 90 .Lorsque ces trous sont en face des orifices 94 du distributeur fixe 92 l'air passe librement , mais il est complètement arrêté quand les pleins masquent les orifices 94 .
La disposition représentée correspond à l'emploi d'une seule rangée de trous mais on peut évidemment aug- menter la puissance en employant à la fois, soit tous les trous, soit plusieurs rangées de trous selon le débit que l'on est à même d'utiliser, lequel dépend du poids admissi- ble pour l'ensemble de l'installation.
La fréquence est égale au nombre d'échappements par seconde ..Par exemple avecdes trous disposés de ma- nière qu'une rotation de 1/30 de tour démasque les orifi- ces, et une vitesse de 50 tours par seconde, la fréquence atteinte est de 1.500 périodes .11 est donc facile de réa- liser l'émetteur pour des fréquences très différentes de celles des bruits du moteur ,
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for: "Method and apparatus for aerial or submarine sounding"
The object of the present invention is a method making it possible to generate a brief musical sound, to perceive the echo of it on an obstacle and to determine the distance of the obstacle by the time which has elapsed. between the brief sound and the return of its echo, oe proceeds having for particularly important application, the determination of the altitude of an airplane or the depth of water under a ship for that the brief sound emitted by the aircraft
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where the ship is reflected on the surface of the ground serving as a mirror,
the echo thus produced is picked up by the receiver of the aircraft or ship and causes the stopping of an electric ohronograph started by the departure of the brief sound
The essential difficulty being the existence of intense disturbing noises due to the propellants and engines of the vehicle, according to the invention, the reception of the parasites will be suppressed by employing a method which remains: the / A emit a short musical sound, oest ie of defined and constant acoustic frequency.
2 To be used at reception, microphones having their resonance close to the frequency to be received but not exactly equal to prevent the transient regimes caused by parasitic disturbances being produced on the signal frequency.
3 To amplify the miorophonic current by means of an amplifier having a selective sensitivity obtained by resonance amplifier stages tuned to the emitted note
4 / To use an electric chronograph based on the combined use of an electric capacitor charging over time with eoho and a triode lamp used to measure the charge of this capacitor to allow direct reading distances on a needle apparatus, graduated accordingly,
It has been recognized that the frequency of the brief sound emitted must be greater than 500 periods to be markedly different from engine noises, and the clear differentiation is particularly effective by adopting a much higher frequency, such as 1250 periods.
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for example ,
According to the invention, the short sound is generated by means of a compressed air transmitter giving a pure and high note satisfying the preceding frequency condition, the compressed air being able to be replaced by a pressurized gas of any kind, carbonic acid, for example, which can be stored in a liquid state.
This transmitter must transmit with great power, vibrate instantly and stop likewise, the total duration of the transmission not to exceed 0.02 seconds for measurements at short distances.
To this end, the transmitter is made up of a whistle or a siren receiving the compressed air via a valve, very light and balanced, to require only a small force, and unmasking a fairly large opening. so as not to throttle the flow of compressed air, this valve being very close to the whistle and having its internal chamber of the smallest possible volume so that it is pressurized when it opens is practically instantaneous; said valve further having a short opening time obtained by rapid, continuous movement in one direction or the other, with crossing of the fully open position without stopping in this position.
In the case of a whistle, it will be mounted in a bell tuned to its note which will promote the emission of a pure note and direct the sound towards the reflecting surface,
In the case of a siren, this will include a disc pierced with holes serving as a modulator, driven at constant speed, passing in front of the orifioes.
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similarly form a distributor. which is supplied with a compressed gas via the valve defined above. In order to avoid any -variation of -speed, the holes in the modulator disk will be oblique with respect to the plane of rotation, so that the engine torque generated by the air jets, when there is emission, is equal to the resistive torque, due to the effect of the fluid pressure on the disc.
Aveo oe kind of transmitter, the maximum amplitude is reached as soon as the pressure is applied, oe which can be obtained with a delay of less than one hundredth of a second by means of the above-mentioned valve and short pipes and big seotions.
As far as reception is concerned, use is made of a microphone whose vibrating diaphragm has sufficient damping for the shock excitation to be weak, and has a resonant frequency quite close to but different from that of the signal so that the shock excitation does not occur at the exact frequency of the signal.
On the other hand, a selective amplifier is used comprising, between the stages of transformers with weak magnetic coupling, with clearly separated primary and secondary windings, the secondary being tuned to the frequency of the signal by a fixed or adjustable capacitor of so as to amplify only the echoes received,
In order to carry out the measurement of time, according to the present method, an entirely electric ohronograph is used based on the measurement, by means of a triode, of the charge acquired by a capacitor during
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being the time interval to be measured, this chronograph characterized in that the capacitor is included in a circuit comprising:
a resistor determining the charging speed, a potential difference serving for the charging, and the filament-gate space of the triode, the latter serving as a unilateral conductor allowing the charging of the condenser and not allowing its discharge .
On the other hand, as part of the invention, the charging of said capacitor is deolanohized by an assembly oaraoterized by a neon discharge lamp connected 1 to a voltage source, 2 to a transformer causing it to light up under the influence. from the emission of the short signal, 3 to a resistor which is also included in the capacitor's charging air and at the terminals of which the potential difference will appear serving for the charging of this capacitor, this potential difference coming from the ohmic drop in this resistance by the passage of current through the neon lamp.
Another characteristic of the invention resides in that the end of the charging of the capacitor is caused by an overvoltage in the opposite direction to the electromotive force of the source supplying the neon lamp, and consequently triggering the extinction of oelle. me,
This overvoltage is produced by the recovery of the alternating current (having the frequency of the brief sound emitted as a signal) resulting from the amplification of the echo received; the rectifier device is interposed in series in the circuit comprising the neon lamp and the source which supplies it.
Another feature of the invention re
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side in the use of a delay assembly constituted by a neon lamp placed at the terminals of a capacitor which is charged through a resistance from the moment of emission and which causes the lighting of the lamp during - that its load voltage reaches the critical ignition value, the circuit of this lamp comprising a primary winding of a transformer, the secondary of which is interposed in the circuit of the first neon lamp, the ignition of which causes the load , so that charging can only start after direct reception of the emitted sound, which would have prematurely caused the neon lamp to go out.
The accompanying drawings show by way of example one embodiment of the devices used in accordance with the method which is the subject of the invention.
Fig. 1 is a vertical section of the transmitter.
Fig, 2 shows an airplane with the arrangement of the transmitter and receiver.
Fig. 3 shows the receiver microphone.
Fig. 4 schematically shows the amplifier assembly of the reception.
Fig. 5 is a sectional view of a tuned transformer employed in this amplifier.
Fig. 6 is a general diagram of the chronographic assembly.
Fig. 7 shows in vertical section a variant of the emitting device.
Fig.8 is a section taken perpendicular to the plane of Fig.7 along line 8-8.
As can be seen in fig. L, the transmitter
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comprises a whistle 1, a balanced valve 2, a bell 3 and contact members constituted by two conductive rods 4 and 5 held in housing 6 and 7 by means of springs 8 and 9, in contact with part 10 which ends the central rod of the valve .
In the part 10 is embedded an insulating part II with the aim of eliminating any electrical contact between the parts 4 and 5 when the valve is in the position corresponding to cover.
The purpose of this contact - which is therefore closed when the valve itself is closed and open when the valve is open - is to initiate operation of the ohronograph which will be described later.
12 is an inlet pipe for compressed air from the reservoir.
The valve is made up of two cylindrical parts ab forming pistons 13 and 13 between which there is the chamber 14 which allows the passage of compressed air when the position of the valve is as shown in figure 1, which unmasks the openings 15 and 16, when the valve is deflected to the right or to the left it closes the openings 15 and 16, which can be obtained by acting on the rod 17 either by means of an electromagnet (not shown) or else under Inaction of a firing hammer, itself not shown and whose embodiment offers nothing special. This rod 17 also ensures the guiding without jamming of the pistons 13a and 13b in the cylinder 18 which is pierced with holes 19, which prevent the compression of an unnecessary air mattress in the extremities,
. Note that 1 initial position of the valve is closed either to the right or to the
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gauohe, and the whistle is produced by the passage of the valve from one of the two extreme positions. the left for example, to the other, which therefore ventilates the right.
In this movement, the flow of compressed air is only possible during the passage of the valve through its middle position. A much greater speed of operation is thus obtained than by stopping the valve in this middle position.
In fig. 1, a bell whistle has been shown, but it is understood that one can also use a compressed air transmitter with vibrating diaphragm, reed, etc ....
For aerial sounding, the use of pavilion 3 makes it possible to direct the emitted wave, to improve efficiency. The orientation can be fixed or adjustable in motion. for very fast aircraft, where the speed can be high enough to reach 1 / 10th to 1 / 5th of the sound, this wing should be oriented slightly forward of the vertical (from 5 to 10 for speeds of 180 to 240 kilometers per hour) in order to take into account the composition of the speed of the mobile with that of sound. Indeed, the useful echo is that which reaches the aircraft which has progressed during the echo duration.
The horn having to emit only a relatively high pure note can be short because it suffices that it has the maximum efficiency for the transmitted frequency.The lower limit frequency of an exponential horn being all the higher the higher the bell is. short, it is thus possible to use a space-saving pavilion
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and of sufficient outlet diameter, however, to concentrate the emitted sound wave in a solid angle of reasonable aperture.
This angle must be chosen small to increase the range but the oscillations of the aircraft around the equilibrium position by imposing the minimum admissible, to avoid eddies of air in the pavilion, it is enclosed. in the aircraft and it opens into a region where the fluid threads have a suitable shape,
Fig. 2 shows in order to fix ideas, one of the many possible arrangements of the entire altimeter assembly on board airplanes.
The transmitter is shown in 3, at the front of the airplane, because engine noise has no influence on it
The receiver which will be described later is shown at 27, its flag is non-linear towards the rear from 5 to 10 for fast aircraft and it is placed at the rear of the cabin; this region being chosen as being that which is both the furthest from the engine and that where the vibrations are weakest.
The choice of the amplitude of the transceiver naturally depends on the particular conditions of each aircraft.
The amplifying members and the ohronograph are placed in any place, preferably near the pilot or the navigator who can thus constantly follow the indications of the apparatus. eddies can be attenuated, when the shape of the hull makes them inevitable, by closing the pavilions with a very thin membrane, strongly stretched but
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this always results in a loss of energy.
It is much preferable to place a suitable curvature surface upstream of the emitter and receiver horns deflecting the fluid streams so as to create a zone of calm in front of the opening of the pavilions; in fig, 2 these surfaces bear the references 21 and 22,
The emitted wave is reflected on the ground and becomes an echo which must be perceived on board the vehicle.
From the point of view of the reception of echoes, the invention is characterized by the use of a microphone having a resonance curve containing the frequency of the signals but whose resonance peak (or natural frequency) is different from this frequency this microphone being provided - in the case of aerial sounding - with a horn which makes it possible to increase the sensitivity of the reception at the same time as to obtain the directivity of the re- ceiving faculties of the microphone, hence a very interesting elimination interference from the aircraft.
The vibrating membrane of the microphone is made so that its resonant frequency is quite different from the note used for the signals because it is necessary that the transient conditions and the excitations by shock by the parasitic vibrations cannot give rise. to miarophonic currents having the frequency of the signal to which the selective amplifier which is connected to the receiver is tuned.
On the other hand, the sensitivity of the microphone, which decreases for frequencies deviating from resonance, must remain satisfactory for the echo of the signal; it is therefore necessary-
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You should use a miorophone whose damping is large enough so that the resonance curve is flat enough and can contain, with a sufficient sensitivity value, the frequency of the echo. This condi- tion leads to choosing for the natural frequency of the microphone a value relatively close to that of the signal. The difference between the 2 frequencies can be included practically, depending on the importance of the interference, between 5 percent and 30 percent,
A preferred embodiment of the tuned miorophonic membrane consists of a circular metal plate enoastrised by its edges and closing a stethosoopic chamber into which the horn opens. This membrane, 23 (fig. 3) closes the cavity 25 terminated by the bell. 26.
The membrane 23 carries a microphone element called "solidbaok", the light mobile eletrode 31 of which can be fixed, either in the center (which makes the damping maximum) or more or less near the edges of the membrane (which amounts to to reduce the damping effect due to the friction of the graphite grains against each other), with the aim of obtaining the sharpness of the desired resonance curve. The heavy electrode is designated by 30. A receiver of this kind is sensitive in a wide frequency range, but the use of a plate of suitable thickness, taking into account the overload formed by the mobile electrode of the solid-baok, makes it possible to obtain the natural frequency which has been fixed according to the frequency of the signal supplied by the transmitter.
By way of example, we will indicate who
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a disc of 7 centimeters in free diameter, made of silicon steel sheet 0.5 to 0.6 millimeters thick, bearing a solid-back in its center, has an inherent resonance frequency of 500 to 600 periods , the exact value depending on the stiffness of the sheet used.
The sharpness of the resonance can be increased by the use of thicker membranes with an overload in the center, but it is preferable not to use a miorophone that is too weakly damped because such a receiver adds to all forced vibrations imposed on it by the pressure variations acting on it, a transient regime constitutes by a damped -vibration of frequency equal to its own frequency. This would result in a current of this frequency which would then pass through all the selective devices and wrongly produce the operation of the ohronograph if the natural frequency of the microphone were the same as that of the signal.
It is therefore interesting to sufficiently dampen the microphone and give it a natural frequency sufficiently different from the frequency of the signal.
In the case of fast aircraft, such as airplanes, it is preferable to employ as a receiver an electromagnetic microphone such as a loudspeaker functioning as a receiver, since the solid-baok is very sensitive to mechanical vibrations such as the tremors which may result in exaggerated background noise.
The solid - back is replaced by an electromagnetic speaker motor. The vibratory movements of the diaphragm thus generate an electromotive force in the coils of the re-motor.
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-versifies. Of course, a diaphragm is used in the same way, tuned to the frequency of the signal, but not to this frequency,
For the underwater sounding, a very similar underwater miorophone will be used, but not including a flag, the receiving membrane of which will be in contact with the water in a ballast fixed to the ooque or directly by fitting the microphone. in the hull,
In order to reduce vibrations, the receiver will be fixed elastically, for example using a rubber support.
The signal perceived by the receiver is then amplified by the amplifier shown in figure 4.
In this, the connections between the vacuum tubes are made by transformers with a large coefficient of magnetic leakage, such as that shown in fig. 5, obtained by placing side by side a primary coil 35 and a secondary coil 36 crossed by a bundle of straight ferro-magnetic sheets 34 creating a coupling between them.
The secondary coil is calculated so as to resonate on the frequency of the signal when closed to a capacitor 37 whose capacity is of the order of 0.1 to 5 thousandths of a mic. farad,
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The primary coil 35 has a number of turns such that its choke reactance is comparable to the internal resistance of the vacuum tube which feeds it, but rather a little lower.
In fig. 4, the vacuum tube 28 is an amplifier while the tube 29 is at the same time a detector.
30a is the terminal connected to the microphone 27 and to the negative terminal 39 of the heating source of the filaments, The microphone is returned via terminal 31a to the primary 32 of a transformer of the type in fig. 5, to secondary 33 tuned by capacitor 45,
The anode current flows through the primary 35 of another tuned transformer (secondary 36 with tuning condenser 37) connected to the positive terminal of the heater 38 and to the detector gate by a capacitor 42 of a few thousandths of microfarads. shunted by a resistance of the order of 1 to 4 megohms.
In the plate circuit of this tube, the ohronographic system is intercoated to terminals 43-44.
In fig.6 we find the terminals 43-44 for connecting the ohronographic system. In this fig. the capacitor whose charge will be used to measure the times is capacitor 50. its electrode 51 is connected to the grid of a very well emptied trio-lamp 52 and exhibiting extremely high insulation. The filament of this triode is heated by a voltage source 53 of 4 volts.
The other electrode 54 of the ohronographic capacitor 50 is connected to the negative end 55 of the filament of the triode 52, by means of a resistor R of well-determined value and whose role is @
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define the capacitor charge time constant.
Between this resistor R1 and the negative end 55 of the filament, there is another resistor R2 interposed in a circuit comprising neon lamps and which will be described a little later.
Before describing and examining the operation of the lamp circuits: - with neon, it is useful to explain the operation of the chronographic part, For the entire duration of the time interval to be measured, a constant current 1 (supplied by the circuit not yet described containing the neon lamps) crosses resistor R and produces at its terminals a
2 ohmic drop of value R2 x I and whose direction is such that it tends to make the gate positive with respect to the filament and because of this, this voltage R x I is applied to the capacitor 50 thanks to the conductivity of the filament-gate space of the triode, for the time to be measured, following the choice of the value of resistor R1,
the capacitor has time to take only a small fraction of the maximum charge, the grid is brought with respect to point 55 (negative blade of the filament) to a potential which is + R x IR 1 xi, expression in which i is the neck-
2 1 rant da charge of the capacitor 0 at the considered instant, current which must pass through the filament-grid space to circulate between points 55 and 51, the latter being the junction point between the capacitor and the grid.
The potential of the grid is necessarily positive because, if it was not, the lamp, being isolated bene, would not be the seat of any grill and as this is precisely the charging current
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itself i, the term R1 x i would be zero, so that the gate voltage would be equal to R2 x l. which is very positive and usually reaches several tens of volts, and would therefore be all the more positive. when it is known that / The grid of a triode is positive, a large current which can reach several milliamperes circulates inside the triode between the filament and the grid.
For positive voltages of the order of a fraction of a volt, the gate current is large enough so that the load current is not limited by the internal filament-gate resistance but rather by the external resistance R1 placed in the outlet of capacitor charge,
This results in particular from the fact that when the grid is positive, the grid-filament space can be assimilated to a resistance of less than 100,000 ohms, and even for current lamps, to 50,000 ohms.
If therefore the external resistance IL is of the order of several megohms, we can (at first approximation) say that everything happens as if the lamp served as a short-circuit and connected to point 55 of the filament the electrode 51 of the capacitor. 50, connected to the grid. throughout the duration to be measured, the capacitor 0 charges according to an exponential law, and as at the end of the duration to be measured I is canceled out, the potential difference Rx I disappears.
2 the potential of the gate which was only made positive by virtue of the voltage R2 I, becomes negative.
The discharge current is immediately canceled because the filament-grid space takes an infinite resistance. Like the current
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of discharge is zero, there is no longer any ohmic drop in resistors R1 and R, so that the gate voltage becomes exactly equal to the voltage across capacitor 50, which precisely measures the charge acquired by this capacitor during of the duration that one wants to surer me.
The gate of the triode having thus taken a negative potential measuring the charge of the capacitor, the anode current of the lamp takes a value corresponding to this potential and which tests fixed, because the potential of the gate itself remains invariable, since no discharge does not occur.
The relation which determines the value of the plate current, as a function of the gate voltage, is well known and invariable for a given lamp (this is the anodic characteristic of the lamp). Therefore, the deviations of the milli-ammeter M are many characteristics of the charge acquired by the capacitor and consequently are a function of the time during which the current I has spilled resistance R2.
Here is the description of the assembly which makes it possible to deliver the constant current I in the resistor R during the time interval to be measured.
2 a closed circuit has been formed comprising a neon lamp 56 connected to resistor R2 an alternating current rectifier constituted by a transformer 57 t and an assembly of rectifying washers, with oxide or drunk, forming a Wheatstone bridge , 58.
The primary 59 of the transformer 57 is passed by the output current of the selective amplifier of fig. 4 to which the receiver microphone is connected,
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27.
The reception of the echo signal results in an alternating curvature in this primary 59, which develops an alternating voltage in the secondary 60, which is rectified in the rectifier 58 and applied between the terminals 58a, 58, in the direction tending to make the neon lamp 56 positive, with respect to the terminal 58a of this rectifier. at
The output terminal 58a is connected to the secondary 61 of a transformer 62, which in turn is connected to a potentiometer 63 supplied by a battery 64 and allowing a potential difference to be inserted in the circuit which may vary from 0 to 24 volts approximately,
This voltage is applied in the opposite direction to the direct voltage developed by the rectifier 58.
Between two terminals 65 and 66, the first of which is connected to the positive terminal of potentiometer 63, and the second to terminal 67 of resistor R, is applied a constant voltage of the order of 80 volts which could be obtained by a storage battery, but which it is convenient to replace in order to limit the weight of the installation with a view to its application on airplanes, by a battery 68 which is lighter,
As the voltage of a battery cannot be very constant and as the value of the current I which circulates in this circuit must be rigorously constant, it has been found convenient to stabilize the voltage introduced between the terminals 36 and 37,
using the stabilizing properties of a discharge lamp
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neon 69.
Such a lamp has in fact the known property of maintaining a constant voltage at its terminals, as soon as it is ignited and when it is made to flow through a current which can vary between an intensity of a few micro-amps up to several milli-amps.
This regulating lamp will therefore be passed through the current supplied by a battery 68 of approximately 180 volts, in series with a resistor R3 of the order of 100,000 ohms. A current of dc current thus passes through the neon lamp. 'approximately 4/10 of a milliampere for which the voltage across the terminals of this lamp is very substantially constant, and of the order of 84 volts. This voltage also depends on the neon lamp used, but for the same lamp it is well defined,
Battery 68 is included between terminals 65 and 70, the negative end being attached to terminal 65 and the positive end to terminal 70, which is connected to resistor R, itself connected to the regulating lamp. neon 69, point 66.
If we now consider the air- cooked 56, 58,61 63,65,66,67, 56, we see that it is the seat of a permanent electro-motive force tending to cause a current I to circulate in the direction of the arrow, through resistance R.
This permanent voltage is equal to E + V. E being the permanent voltage at the terminals of the neon lamp 69, and v being the voltage at the terminals of the potentiometer 63.
When the neon light 56 is off,
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this voltage E + V is fully applied to its terminals. Now, it is well known that a neon discharge lamp has the particularity of turning on for a certain voltage Ua and of turning off for another voltage Ue smaller than Ua,
If therefore the total voltage E + V is between Ua and Ue, the lamp may remain on or off, as long as no cause external to the circuit has caused one of the two limit voltages to be crossed.
to trigger the operation of the Qhronograph at the start of a time interval, an overvoltage will be caused in the circuit containing the neon lamp 56 and in the direction which increases the existing voltage, 0 We will thus cross the critical voltage d The ignition Ua and the neon lamp will then light up taking an extremely low internal resistance which can be considered small compared to the resistance R, which can be safely ohmic in the order of magnitude of about 200,000 ohms.
Under these conditions, a well-defined current will culminate in resistance R under Inaction of the force
2 permanent electro-motor E + V, which remains after the instantaneous disturbance which triggered the ignition, has itself disappeared,
This disturbance is caused, as will be explained later, by the emission of the short signal, but with a certain delay, always the same.
The arrival of the echo picked up by the microphone, selectively amplified by the amplifier and rectified by the rectifying assembly 58, causes an overvoltage opposite to the previous one in the cooked air of the lamp at the
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neon 56. This overvoltage decreases the total electromotive force E + V, until making it less than the extinction voltage Ue, of the lamp 56, The discharge is stopped; the current I which crossed R2 disappears.
Having thus shown how we could cause a constant current I during the time to be measured, that is to say between the start of the emission and the stopping of the echo, we will now describe the part of the assembly which causes the overvoltage due to the emission and turning on the neon lamp 56.
The lighting of the neon lamp 56 will be done with a constant delay, determined once and for all, with respect to the emission of the short sound; thus the direct reception of the whistle will have no inconvenience since the neon lamp 56 is not on, it cannot be turned off,
In addition, the system serving to delay the ignition overvoltage ', will be such that it will only give rise to the ignition overvoltage and no reverse overvoltage during the measurement period.
This result is obtained by the ignition of a third neon lamp 71, in series with the primary winding 72 of the transformer 62, under the action of a current source which may be the same as that 68 already indicated between the s terminals 65 and 70. to delay the ignition of the neon lamp 71, the progressive charging of a capacitor 73 placed between terminal 74 of transformer 72 and terminal 75 of neon lamp 71 is used,
Terminal 74 is connected to terminal 65, negative end of battery 68.
Terminal 75 connects the other armature of capacitor 73, on the one hand to the neon lamp 71, and
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on the other hand to a blade -contact 76 dtune relay 77 supplied by the current of a source 78, the circulation of which is controlled by the contact 4-5 carried by the valve of the whistle.
This relay 77 is of the telephone type with several contacts, and comprises a locking contact which closes when the current causes the relay to close and thus keeps it re-supplied.
The contact 4-5 of the valve is in series with the source 78 which feeds the relay, so that the opening of the contact 4-5 completely cuts off the current and causes the relay to disarm.
A button 79 which bypasses the reset contact 80 makes it possible, when the whistle is at rest, to close the circuit on the source 78 by the contact 4-5, and to cause the closing or arming of the relay 77 which could not. reset alone since the contact 80 operated by it is in series with the source.
We can therefore cause the relay to close before probing and this relay will thus remain armed until an instantaneous cut-off of contact 4-5 causes the disarming of relay 77 which cannot then be reset by itself. ,
The relay 77, when it is armed, closes another contact 81, completely independent of the preceding ones and short-circuiting the capacitor 50 placed in the fired air of the gate of the measuring triode 52, so that the latter is always completely discharged before any measurement, and that, until the exact moment of measurement, it remains in short-circuit.
The relay 77 also operates, as has been said, the blade 76 which goes and comes between two stops,
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one 82 on which it rests when the relay is disarmed, is connected to the positive terminal 70 of the source 68 by a resistor R having a value of the order of
4 25,000 to 50,000 ohms'.
The blade 76 comes into contact, when the relay is armed, the other stop 83 which is connected to the terminal 74 of the capacitor 73, so that said blade is connected to the other terminal of this capacitor
When the relay is armed, which is the case before a probing, the oontact 76-83 corut-circulates the capacitor 73 which is thus entirely discharged.
When a sound is emitted by moving valve 2 (fig, l), contact 4-5 of the latter cuts off the power supply to relay 77 and disarms it, which causes on the one hand the cessation of contact 81 which short-circuits the chronographic capacitor 50, and on the other hand causes the movement of the blade 76 which leaves the stop 83 against which it was applied by the permanent closing of the relay, to come to rest against the stop 82 on which it will remain as long as the reset of the relay is not intentionally caused by the closing of the button 79.
From the moment when the blade 76 de-shorting the capacitor 73 comes into contact with the oontaot 82, this capacitor 73 begins to charge through the resistor R 4 under the action of the source 68.
The charge voltage acquired by the capacitor 73 increases according to an exponential law until the moment when it reaches the ignition voltage of the neon lamp 71.
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At this moment, the lamp ignites instantaneously, causing an influx of current in the winding of the transformer 62 which thus develops the overvoltage triggering the ignition of the neon lamp 56 (origin of the interval between. time measured by the chronograph),
The ignition of the lamp 71 then remains, because the voltage of the source 68 is sufficient to keep the lamp 41 on, since it is greater than the ignition voltage.
It will therefore not be possible to produce an overvoltage in the opposite direction during the probing period, due to the transformer 62, the current produced in the circuit of the neon lamp remaining constant. The arrival of the echo causes the extinction of the neon lamp 56.
As has been said previously, the milli-ammeter P indicates the anode current of the triode, and, by its deviation, the time during which the chronographic capacitor has been charged, when the measurement is terminated.
To restore the whole system to the initial state, all you have to do is press the reset button 79, which restores the power supply to relay 77, or again, or again the chronogographic capacitor through contact 81, which brings the needle back. milli-ammeter to its starting position, while the lamp 76 which touched the stop 82 again short-circuits the capacitor 73 by making contact on the stop 83, which returns the circuit of the capacitor 73 to its initial state. .
In this period of waiting for a new measurement, the lamp 71 is again extinguished like the lamp 56.
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It will be noted that the measurement of the charging time of the chronographic capacitor differs from the time interval between the emission of a signal and the perception of its echo, only by the operating time of the relay 77 and the charging time of capacitor 73.
These two durations are both perfectly constant and it suffices to take them into account once and for all by a separate determination,
In practice, the entire chronograph is also calibrated experimentally, which eliminates the need for such a partial determination,
The graduation of the milli-ammeter measuring the anode current can be made directly in time intervals or in meters of travel, for distance measurement applications by the echo method, on the other hand, the use of a milliampere meter recorder keeps track of the different measurements so as to obtain the vertical profile of the land crossed,
In the description of the principle of the chronograph, a certain number of numerical values have been indicated, chosen so as to make it possible to produce a device of this kind, but these values are not limiting since their choice results from the properties particular to each type. lamp, as well as the time intervals to be measured. They are calculable from the principles set forth and can therefore be modified without departing from the spirit of the invention.
In Figs, 7 and 8 there is shown another form of transmitter capable of being used instead of that of fig.l,
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In fig. 7 we see the siren modulator disc 90 which is driven by an electric motor m fitted with a regulator r allowing a constant frequency to be reached within 1%. The disc rotates with a slight play in a circular housing 91 formed in a housing 92, the latter has, directly above the circular row of orifices 93 of the disc, a series of orifices 94, above which is a chamber 95 for the addition of the disc. fluid, made in a room 96 which is surmounted by the valve 97,
similar to valve 2 in fig, l The flap 98 allows the emission to be directed downwards.
In fig.8 the same region is shown in a section perpendicular to the plane of fig.7 allowing to see the oblique holes 93 in the Persian disc 90. When these holes are opposite the orifices 94 of the fixed distributor 92 the air passes freely, but it is completely stopped when the full ones mask the orifices 94.
The arrangement shown corresponds to the use of a single row of holes but one can obviously increase the power by using at the same time, either all the holes, or several rows of holes depending on the flow rate that is available. to use, which depends on the permissible weight for the entire installation.
The frequency is equal to the number of exhausts per second. For example with holes arranged in such a way that a rotation of 1/30 of a turn unmasks the orifices, and a speed of 50 revolutions per second, the frequency reached is 1,500 periods. 11 is therefore easy to make the transmitter for frequencies very different from those of the engine noises,