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Procédé et dispositif d'émission ou de réception d'énergie ondula- toire à caractéristiques directionnelles différentes.
Dans le repérage et la mesure d'éloignement suivant le procédé d'écho, il est souvent désiré d'émettre ou de réceptionner au choix en direction, ou sans direction ou sous peu de direction. Ainsi par exemple, s'il s'agit de déterminer si, dans l'entourage d'une source d'énergie, se trouvent des objets réfléchissant l'énergie, il est recommandable d'émettre et de réceptionner sans direction ou. sous peu de direction. Dans ce cas, on peut également déterminer l'éloignement des objets réfléchissant, renvoyant l'énergie, si au contraire, il faut trouver la direction exacte des objets éfventuels, il faut réceptionner en direction.
Cependant, on émet également en direction pour obtenir une plus grande amplitude de sondage ou une indication plus nette.
Lors du rayonnement d'une grande énergie sous un angle considérable, il se présente diverses difficultés, et avant tout quand il s'agit de longueurs relativement faibles d'ondes sonores, de préférence au-dessus de 8000-10000 périodes par seconde, ou plus au-delà de la limite d'audibilité. Les difficultés qui se rencontrent alors consistent en ce que, pour le rayonnement d'une grande quantité d'énergie, il faut une grande surface de rayonnement, et que, d'autre part, par l'accroissement de la surface rayonnant le son, la caracté-
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ristique directionnelle de 1'émetteur est rendue plus algue. on a déjà proposé toute une série de solutions ayant pour but de surmonter ces difficultés.
Le caractère commun à toutes les solutions indiquées ou proposées consiste à élargir par moyens artificiels la caractéristique directionnelle naturelle d'un oscillateur.
Il est d'autre part connu d'employer uniformément plusieurs émetteurs de manière que, lors d'une excitation uniforme, ils rayonnent sans direction, des chaînes de retardement étant prévues susceptibles d'être insérées en avant certains des émetteurs,de telle sorte que, de la caractéristique ondulatoire non dirigée, il résulte une caractéristique dirigée de manière aiguë,
L'emploi avec les émetteurs de chaînes de retardement était cependant très incommode et susceptible de créer des perturbations, car on employait de notables énergies d'émission et par conséquent, les chaînes de retardement avaient de grandes dimensions.
La présente invention suit une voie toute différente pour la solution du problème posé.
Suivant l'invention, il devient possible de radier une grande énergie ondulatoire sous un large champ angulaire horizontal, du fait qu'un groupe d'oscillateurs sont excités au choix en phase et en phases différentes telles que la caractéristique directionnelle correspondant à cette excitation complète jusqu'à l'angle voulu la caractéristique directionnelle correspondant à l'excitation en phase. Ainsi donc, suivant l'invention, on ne travaille pas avec une seule caractéristique directionnelle, mais le dispositif d'oscillateurs est conçu commutable, de telle sorte que l'on peut obtenir deux caractéristiques directionnelles différentes qui se complètent mutuellement jusqu'à l'amplitude angulaire désirée.
L'idée fondamentale de l'invention va être expliquée plus en détail en se référant au dessin annexé qui donne à titre d'exemple des formes de realisation permettant de mettre en oeuvre le procédé de l' invention.
A la fig.l, la courbe 1 représente la caractéristique directionnelle d'un dispositif émetteur, pour une excitation en phase, cette caractéristique étant représentée, de la manière connue, en coordonnées polaires.
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La courbe 2 en pointillé désigne la caractéristique direction- nelle du même dispositif émetteur pour une excitation modifiée. Sui- vant l'exemple de réalisation, la caractéristique directionnelle 2 possède deux pointes qui se combinent avec la caractéristique direc- tionnelle 1 en une caractéristique commune s'étendant à peu près uni- formément sur une ouverture d'angle de 180. L'utilisation de toute l'amplitude de 180 pour l'émission de l'énergie ondulatoire est ob- tenue, suivant l'invention, par un emploi alternatif des caractéris- tiques directionnelles 1 et 2.
A la fig.2 est représenté un groupe de deux émetteurs 3 et 4 disposés à un écartement horizontal de # , # étant la longueur
2 d'onde émise.
L'extension verticale des deux émetteurs 3 et 4 de même cons- truction est si grande qu'il n'est rayonné de l'énergie ondulatoire que principalement. en direction horizontale. La largeur des émetteurs est, suivant, l'exemple de la fig.l, quelque peu plus petite que ,
2 soit environ 3# Par une telle dimension, on obtient que la carac-
8 téristique directionnelle résultant de l'excitation en phase des deux émetteurs 3 et 4, a à peu près la forme de la courbe 1 de la fig.l, tandis que la caractéristique directionnelle provenant de l'excitation déphasée des deux émettaurs 3 et 4, a à peu près la forme de la courbe 2. Les points d'intersection des courbes 1 et 2 se trouvent à environ + 30 , comme il ressort de la fig.l.
Le procédé conforme à l'invention consiste dès lors à exciter 1'émetteur 3 par exemple toujours suivant une seule et même phase, tandis qu'à l'émetteur 4, on communique par une simple inversion des pôles du courant alternatif par rapport au courant continu de prémagnétisation alternativement la même phase ou la phase opposée à celle que présente l'émetteur 3.
A la fig. 3 est représenté l'exemple d'un montage adéquat à l'excitation au choix des deux émetteurs 3 et 4 par la même phase ou par des phases opposées. Les oscillateurs 3 et 4 sont raccordés par les bobines de self 5, 6 et 7 à une source 8 de courant continu, qui détermine dans les oscillateurs un courant continu polarisant.
Les oscillateurs sont de plus raccordés par les condensateurs 9, 10,
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11, 12 à une source 13 de courant alternatif. Par un commutateur 14 on peut, de la manière visible au dessin, raccorder au choix aux oscillateurs 3 et 4 la source de courant al@ernatif, de telle sorte que la pince ou borne 15 de l'oscillateur 3 soit raccordée tantôt à la borne 16 et tantôt à la borne 17 de l'oscillateur 4.
Le procédé conforme à l'invention s'applique a tous les cas où une grande énergie doit être rayonnée autant que possible de toutes parts et dans le plan horizontal. Dans cet ordre d'idées intervien- nent en première ligne la télégraphie acoustique sous-marine, la téléphonie acoustique sous-marine et le repérage acoustique horizontal sous-marin. Les émetteurs 3 et 4 peuvent, à cet effet, être montés également comme récepteurs de la manière connue.
Le procédé de l'invention n'est cependant pas limité seulement à la technique acoustique sous-marine, mais peut servir au rayonnement de toute énergie ondulatoire voulue, par exemple d'ondes sonores aériennes ou d'ondes sonores terrestres ou d'ondes électromagnétiques
Le procédé de l'invention n'est pas limité à l'exemple de réalisation de la fig. 3, donc aux deux caractéristiques directionnelles obtenues seulement par deux émetteurs. Il peut être entre autres prévu un plus grand nombre d'émetteurs, le montage étant toujours particulièrement simple quand le nombre des émetteurs est pair. il est dans le cadre de l'invention d'utiliser, non seulement deux, mais successivement plus de deux caractéristiques directionnelles qui se complètent mutuellement au grand angle désiré de par exemple 180 .
L'invention s'étend en outre au cas où le départ n'est pas pris d'une caractéristique directionnelle provenant d'une excitation en phase et complétée à un plus grand angle par une excitation en une autre phase. Il rentre également dans le procédé de l'invention d'exciter un groupe quelconque d'émetteurs de deux manières différentes quelconques pour lesquelles il résulte des caractéristiques directionnelles qui se complètent mutuellement en un plus grand angle.
Lors de l'emploi d'un plus grand nombre d'émetteurs., il se présente, pour un dispositif de mise en oeuvre du procédé de l'invention,
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la difficulté que, pour obtenir un champ angulaire très étroit, il. faut, employer de très nombreux, organes déplacera de phase, confor- mément aux diverses phases nécessaires, ce qui augmente considérablement l'encombrement et le prix de l'installation. Il va être décrit ci-après une disposition particulièrement avantageuse de montage par laquelle on réussit à faire fonctionner un plus grand nombre d'oscil- lateurs, répartis en un groupe, et dont la projection horizontale est à peu près un cercle, au moyen d'un minimum d'organes déplaceurs de phase et d'un nombre relativement restreint d'organes de commutation.
Dans cette disposition, les oscillateurs du groupe sont réunis, par un commutateur ou interrupteur à tambour à plusieurs organes déplaceurs de phase agissant partie en sens positif, partie en sens négatif ; pour chaque phase, il n'est prévu qu'un seul moyen monté simultanément devant différents oscillateurs, entre autre en différentes polarités, et par le déplacement de l'interrupteur à tambour, la disposition réciproque entre les oscillateurs et les moyens déplaceurs de phase est modifiable graduellement.
Aux. fig.4 à 6 est représentée à titre d'exemple une forme de réalisation d'un tel dispositif spécial pour la mise en oeuvre du procédé de l'invention. A la fig.4 est représenté un schéma de principe de l'interrupteur à tambour, à la fig. 5 un schéma de connexion du dispositif d'émission pour une position déterminée de l'interrupteur à tambour et à la fig.6 un schéma de connexion correspondant du. dispositif récepteur.
On voit, à la fig.4, que la disposition des émetteurs est un groupe circulaire d'oscillateurs acoustiques sous-marins, reliés par les contacts d'un interrupteur à tambour aux bornes 18 à 27 d'un dispositif d'émission. Suivant l'exemple représenté, il y a dix-huit oscillateurs, désignés par les chiffras. 28 à 45.
A la fig.5, il est représenté comment les oscillateurs 28 à. 45 sont raccordés par les bornes 18 à 27 à un dispositif émetteur, de manière à déterminer une action directionnelle du groupe dans la direction de la flèche 46 fig.4. Ceci est obtenu parce que les oscillateurs 28, 32, 42, 37, 33, 41 sont raccordés par les bornes 18
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et 19 au tube de sortie 47 d'un générateur dont le déplacement de phase est de 0 . Le tube de sortie 47 est raccordé par une résistance purement ohmique 48 à la source 49 de tension de commande du dernier étage du générateur à tubes, de la maniere visible au dessin.
Les oscillateurs 30, 38, 35, 45 sont raccordes par les bornes 20 et 21 à un deuxième tube 50, qui possède, par rapport au tube 47, un décalage de phase de + 45 . Ce decalage de phase est obtenu du fait que la grille du tube 50 est raccordée par un condensateur 51 de grandeur déterminée à la source de tension de commande 49. Les oscillateurs 40 et 43 sont raccordés par les bornes 22 et 23 au même tube 50, mais sous polarité opposée, par quoi ils sont -excités en décalage de 1800 par rapport aux oscillateurs 30, 38, 35, 45. Les oscillateurs 29, 36, 39, 44 sont raccordés par les bornes 24 et 25 à un troisième tube 52 qui, par une self-induction 53, détermine des oscillations décalées de - 45 par rapport au tube 47. Les oscillateurs 31 et 34 sont raccordés au même tube 52, de même que les quatre autres oscillateurs, mais sous polarité opposée.
Afin que les oscillateurs 28 a 35 puissent être successivement parcourus par un courant de polarisation dans la direction de la flèche 54, il est encore prévu des bobines de self 55, 56, 57, 58, 59, 60, qui déterminent la séparation en phase de l'excitation des divers oscillateurs. Par les flèches 61, 62, 63, 64 et 65, il est indiqué la direction dans laquelle les oscillateurs sont parcourus en un moment donné par le courant alternatif pris du générateur à tubes.
Par le montage représenté aux fig. 4 et 5, on obtient qu'à l'aide de seulement trois étages de générateur délivrant du courant décalé en phase de 0 , + 45 et - 45 , les divers oscillateurs 28 à 45 sont excités sous des phases telles que l'on obtient dans la direction de la flèche 46 une caractéristique directionnelle d'environ + 15 . Par rotation de l'interrupteur à tambour fig.4, cette carac- teristique directionnelle peut être tournée en dix-huit étages dans la circonférence et toute la circonférence peut être balayée par de l'énergie émettrice.
Un avantage particulier de la disposition est à relever, non pas seulement dans le fait qu'il ne faut que très peu de moyens dépla-
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ceurs de phase et de tubes générateurs ; il y a en plus à considérer comme réalisation particulièrement avantageuse le fait que les éléments déplaceurs de phase 48, 51 et 53 sont raccordés entre la source 49 de tension de commande du dernier étage du générateur à tubes et les étages terminaux.47, 50, 52. Pour autant que, dans une disposition quelque peu modifiée, les moyens déplaceurs de phase doivent être modifiés, ceci peut se faire dans un étage plus bas de puissance, de sorta que, par le changement des phases, il n'est consommé aucune puissance.
Un autra avantage de la disposition représentée est qu'elle permet une utilisation simultanée pour le fonctionnement en récepteur du même groupe d'oscillateurs. Un exemple de réalisation d'un montage de réception correspondant, basé sur la mesure différentielle, est représenté à la fig. 6. On y a pris les mêmes chiffres de référence qu'aux fig.4 et 5. Cependant, la disposition d'oscillateurs déjà représentée à la fig. 5 est raccordée par les interrupteurs 66 et 74, et par moyens déplaceurs de phase, à deux dispositifs indicateurs 75 et 76. Pour l'émission, les interrupteurs 67, 70 et 73 restent ouverts tandis que les interrupteurs 66, 68, 69, 71, 72, 74 sont raccordés à la ligne d'émission de la manière visible à la fig.5.
Par la fermeture des interrupteurs 67, 70 et 73 dans la position de réception, on détermine une dérivation médiane des oscillateurs montés en succès-- sion, et une mesure différentielle de l'énergie ondulatoire absorbée par les oscillateurs est rendue possible du fait que les trois transformateurs 77, 78, 79 sont pourvus chacun de deux paires d'enroulements. Les deux paires d'enroulement de chaque transformateur sont enroulées en opposition et sont accouplées de la maniere montrée au dessin.
80 et 81 désignent des 'résistances purement ohmiques qui ne déterminent pas de retardement de phase ; 82 et 83 sont des condensateurs qui déterminent un déplacement de phase dans une direction et 84 et 85 sont des bobines de self qui déterminent un déplacement de phase dans l'autre direction. Les valeurs absolues des déplacements de phases déterminés par les organes 82-83 sont également de 45 pour l'émission, comme dans l'exemple de réalisation représenté à la fig.5.
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86 et 87 désignent aes amplificateurs équipes, de la manière connue dans les mesures différentielles, d'organes variables déplaceurs de phase et qui, par conséquent, permettent une compensation précise ; la compensation précise, dans les amplificateurs 86 et 87, est déplacée jasqu'à ce que les dispositifs indicateurs 75 et 76 n'indiquent plus de différence. Donc, après que, par la position de l'interrupteur à tambour, il a été établi un repérage approximatif avec une précision de repérage d'environ + 15 , les compensateurs de précision 86 et 87 permettent une fixation précise de la direction de repérage à l'intérieur du dit champ angulaire.
Il va de soi qu'il est possible de choisir le nombre des oscillateurs différent de dix-huit et ae modifier en conséquence le nombre des moyens déplaceurs de phase, ainsi que leur grandeur. pour la mesure de la grandeur de e chacun des déplacements de phase et pour décider quels sont les émetteurs ou recepteurs à raccorder simultanément aux mêmes moyens changeurs de phases, l'erreur qui, lors du réglage grossier determiné par la position de l'interrupteur à tambour, doit être admise pour la direction de repérage ou d'émission, est déterminante.
L'idée étendue de l'invention, sur la base de laquelle s'obtient la combinaison réciproque entre les oscillateurs et les moyens déplaceurs de phase, consiste à ne pas limiter la précision de la direction de repérage ou d'émission par le nombre seul des oscillateurs du groupe, mais par le couplage combiné, conformément au sens des divers oscillateurs du groupe.
Enfin, il est a remarquer que l'invention n'est pas limitée à l'emploi ter que représenté dans l'exemple de réalisation, de générateurs à tubes, mais s'étend également à l'emploi de machines émettrices dans lesquelles les diverses phases sont obtenues par une disposition et des dimensions adéquates des enroulements.
Les fig.7 et 8 représentent l'application du procédé de l'invention dans un groupe d'oscillateurs disposés symétriquement par rapport au sommet, et non situés dans un même plan, les chaînes de retardement étant évitées. Ce groupe est divisé en zones et il est prévu des organes d'interruption connus en soi par lesquals. on peut
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coupler en phase ou en opposition de phase, au choix, par rapport aux autres émetteurs, les émetteurs qui se trouvent dans des zones de largeur 2 ou de largeur égale à un multiple impair de depuis le plan normal passant par le sommet jusqu'au plan de symétrie, on obtient de cette façon une compensation des divers émetteurs en plusieurs étages qui, par elle-même,
n'entraîne pas le même effet directionnel si précis que lors de l'emploi de chaînes retardatrices, car les chaînes retardatrices modifient en effet toujours les phases des divers émetteurs ; cependant, l'effet directionnel obtenu est très satisfaisant, compte étant tenu de la faible quantité- de matériel technique qu'exige cette compensation grossière en étage.
A la fig.7 est représentée la coupe transversale d'un cylindre en demi-cercle, sur lequel sont disposés plusieurs émetteurs acoustiques élémentaires 88 à 99 travaillant par exemple suivant le principe magnétostrictif ou piézoélectrique. Les émetteurs sont écertés l'un de l'autre d'environ 2 et le diamètre de la circonférence du cylindre est d'environ 2#. pour une émission non dirigée, tous les émetteurs 88 à 99 sont alimentés uniformément, de sorte qu'ils oscillent en phase et dispersent par conséquent des énergies ondulatoires dans toutes les directions sur le demi-cercle. L'excitation des émetteurs peut être inversée de telle sorte que les émetteurs 88, 90, 97 et 99 oscillent en phase opposée à celle des autres émetteurs.
Cette inversion (commutation) détermine que dans la direction de la flèche 100, il se développe un front plan d'ondes, car dans les zones 101, 102, 103, 104 qui sont toutes de largeur à peu près égale à #/2, les oscillateurs oscillent dès lors alternativement en phase et en phase opposée, et de ce fait, tous les oscillateurs pairs s'additionnent dans la direction de la flèche 100.
L'inversion des émetteurs 88, 90, 97 et 99 peut résulter par exemple suivant un montage représenté à la fig.8. Les émetteurs fixes (donc non inversables) 89, 91, 92, 93, 94, 95, 96,98 sont couplés ensemble dans un premier étage et sont montés en série avec les émetteurs inversables 88, 90, 97 et 99, qui sont couplés ensemble en un deuxième étage. 105 désigne une source de courant uniforme qui déterrai- ne la polarisation des émetteurs par une self 106. 107 est une source
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de courant alternatif qui détermine l'excitation des émetteurs soit en phase, soit en phase opposée, suivant qu'elle débite au travers d'un commutateur 108, un transformateur 109 ou un autre transforma- teur 110.
Le transformateur 110 est en serie avec tous les émetteurs et détermine, par conséquent, une excitation de tous les émetteurs en phase. Le transformateur 109 par contre est en série séparément avec les deux étages a'émetteurs et determine par conséquent une excita- tion en phase opposée de ceux-ci.
Comme dans l'exemple de réalisation, le nombre d'émetteurs fixe est le double de celui des émetteurs inversables, il est rationnel de choisir pour le transformateur le rapport 1 : 1 de transformation,et pour le transformateur 110 le rapport 1 : 2. Les circuits 111 et 112 parallèles aux émetteurs 88, 90, 97, 99 déterminent une alimentation de ces divers émetteurs par une même énergie.
REVENDICATIONS.
1. Procede d'émission ou de reception d'énergie ondulatoire, par exemple d'energie acoustique à fréquence sonore ou ultra-sonore dans l'eau, caracterisé en ce qu'un groupe d'oscillateurs est excité au choix en phase et en phases différentes telles que la caractéris- tique directionnelle résultant de cette excitation complète à l'angle désiré la caracteristique directionnelle correspondant à l'excitation en phase.
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Method and device for transmitting or receiving wave energy with different directional characteristics.
In tracking and distance measurement using the echo method, it is often desired to transmit or receive as desired in direction, or without direction or under little direction. Thus, for example, if it is a question of determining whether, in the surroundings of an energy source, there are objects reflecting energy, it is advisable to transmit and receive without direction or. under little direction. In this case, we can also determine the distance of the reflecting objects, returning the energy, if on the contrary, it is necessary to find the exact direction of the possible objects, it is necessary to receive in direction.
However, it is also emitted in direction to obtain a greater sounding amplitude or a sharper indication.
When radiating high energy at a considerable angle, various difficulties arise, and above all when it comes to relatively short lengths of sound wavelengths, preferably above 8000-10000 periods per second, or more beyond the audibility limit. The difficulties which are then encountered consist in that, for the radiation of a large quantity of energy, a large surface area is required, and that, on the other hand, by the increase of the surface radiating sound, the character-
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Directional characteristic of the transmitter is made more algae. a whole series of solutions have already been proposed for the purpose of overcoming these difficulties.
The common feature of all the solutions indicated or proposed consists in enlarging by artificial means the natural directional characteristic of an oscillator.
It is on the other hand known to uniformly employ several transmitters so that, during a uniform excitation, they radiate without direction, delay chains being provided capable of being inserted in front of some of the transmitters, so that , from the undirected wave characteristic, a sharply directed characteristic results,
The use with the transmitters of delay chains was however very inconvenient and liable to create disturbances, since considerable emission energies were employed and consequently the delay chains had large dimensions.
The present invention follows an entirely different path for the solution of the problem posed.
According to the invention, it becomes possible to radiate a large wave energy under a large horizontal angular field, due to the fact that a group of oscillators are excited as desired in phase and in different phases such as the directional characteristic corresponding to this complete excitation up to the desired angle the directional characteristic corresponding to the in-phase excitation. Thus, according to the invention, one does not work with a single directional characteristic, but the oscillator device is designed switchable, so that one can obtain two different directional characteristics which complement each other until the desired angular amplitude.
The fundamental idea of the invention will be explained in more detail with reference to the appended drawing which gives by way of example embodiments making it possible to implement the method of the invention.
In fig.l, curve 1 represents the directional characteristic of an emitting device, for an excitation in phase, this characteristic being represented, in the known manner, in polar coordinates.
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The dotted curve 2 denotes the directional characteristic of the same emitting device for a modified excitation. Following the exemplary embodiment, the directional feature 2 has two tips which combine with the directional feature 1 into a common feature extending roughly uniformly over a 180 corner opening. use of the full amplitude of 180 for the emission of wave energy is obtained, according to the invention, by an alternative use of directional characteristics 1 and 2.
In fig. 2 is shown a group of two transmitters 3 and 4 arranged at a horizontal spacing of #, # being the length
2 emitted wave.
The vertical extension of the two emitters 3 and 4 of the same construction is so great that the wave energy is radiated only mainly. in a horizontal direction. The width of the transmitters is, following the example of fig. 1, somewhat smaller than,
2 is approximately 3 # By such a dimension, we obtain that the charac-
8 directional teristic resulting from the phase excitation of the two emitters 3 and 4, has approximately the shape of the curve 1 of fig. 1, while the directional characteristic resulting from the phase shifted excitation of the two emitters 3 and 4 , has roughly the shape of curve 2. The points of intersection of curves 1 and 2 are at approximately + 30, as can be seen in fig.l.
The method according to the invention therefore consists in exciting the emitter 3, for example always following one and the same phase, while at the emitter 4, one communicates by a simple reversal of the poles of the alternating current with respect to the current. continuous pre-magnetization alternately the same phase or the phase opposite to that presented by the emitter 3.
In fig. 3 is shown the example of an assembly suitable for the excitation of the two emitters 3 and 4 by the same phase or by opposite phases. The oscillators 3 and 4 are connected by the choke coils 5, 6 and 7 to a direct current source 8, which determines a polarizing direct current in the oscillators.
The oscillators are also connected by the capacitors 9, 10,
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11, 12 to a source 13 of alternating current. As shown in the drawing, it is possible to use a switch 14 to connect the alternating current source to oscillators 3 and 4 as desired, so that clamp or terminal 15 of oscillator 3 is sometimes connected to terminal 16 and sometimes to terminal 17 of oscillator 4.
The method according to the invention applies to all cases where a great deal of energy must be radiated as much as possible from all sides and in the horizontal plane. In this order of ideas, the first line of action is underwater acoustic telegraphy, underwater acoustic telephony and underwater horizontal acoustic tracking. The transmitters 3 and 4 can for this purpose also be mounted as receivers in the known manner.
The method of the invention is however not limited only to the underwater acoustic technique, but can be used for the radiation of any desired wave energy, for example aerial sound waves or terrestrial sound waves or electromagnetic waves.
The method of the invention is not limited to the exemplary embodiment of FIG. 3, therefore to the two directional characteristics obtained only by two transmitters. Among other things, a larger number of transmitters can be provided, the assembly always being particularly simple when the number of transmitters is even. it is within the scope of the invention to use, not only two, but successively more than two directional characteristics which complement each other at the desired wide angle of for example 180.
The invention further extends to the case where the departure is not taken from a directional characteristic from an in-phase excitation and supplemented at a greater angle by an excitation in another phase. It is also part of the method of the invention to excite any group of emitters in any two different ways in which directional characteristics result which complement each other at a greater angle.
When using a larger number of transmitters, it appears, for a device for implementing the method of the invention,
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the difficulty that, to obtain a very narrow angular field, it. It is necessary to employ a very large number of components which will shift the phase, in accordance with the various phases required, which considerably increases the size and the cost of the installation. A particularly advantageous arrangement will be described below by which it is possible to operate a larger number of oscillators, distributed in a group, and whose horizontal projection is approximately a circle, by means of 'a minimum of phase shifters and a relatively small number of switching members.
In this arrangement, the oscillators of the group are brought together by a switch or drum switch with several phase shifters acting partly in the positive direction, partly in the negative direction; for each phase, there is only one means mounted simultaneously in front of different oscillators, among others in different polarities, and by the displacement of the drum switch, the reciprocal arrangement between the oscillators and the phase shifting means is gradually modifiable.
To the. Fig. 4 to 6 is shown by way of example an embodiment of such a special device for carrying out the method of the invention. In fig.4 is shown a block diagram of the drum switch, in fig. 5 a connection diagram of the transmission device for a determined position of the drum switch and in fig.6 a corresponding connection diagram of the. receiving device.
It can be seen, in fig.4, that the arrangement of the transmitters is a circular group of underwater acoustic oscillators, connected by the contacts of a drum switch to the terminals 18 to 27 of a transmitting device. Following the example shown, there are eighteen oscillators, designated by the numbers. 28 to 45.
In fig.5, it is shown how the oscillators 28 to. 45 are connected by terminals 18 to 27 to a transmitter device, so as to determine a directional action of the group in the direction of arrow 46 fig.4. This is achieved because the oscillators 28, 32, 42, 37, 33, 41 are connected through terminals 18
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and 19 to the output tube 47 of a generator whose phase shift is 0. The output tube 47 is connected by a purely ohmic resistor 48 to the source 49 of the control voltage of the last stage of the tube generator, as shown in the drawing.
Oscillators 30, 38, 35, 45 are connected via terminals 20 and 21 to a second tube 50, which has, relative to tube 47, a phase shift of + 45. This phase shift is obtained from the fact that the grid of the tube 50 is connected by a capacitor 51 of determined magnitude to the control voltage source 49. The oscillators 40 and 43 are connected via terminals 22 and 23 to the same tube 50, but under opposite polarity, whereby they are -excited at an offset of 1800 with respect to oscillators 30, 38, 35, 45. Oscillators 29, 36, 39, 44 are connected via terminals 24 and 25 to a third tube 52 which , by a self-induction 53, determines oscillations offset by - 45 with respect to the tube 47. The oscillators 31 and 34 are connected to the same tube 52, as are the other four oscillators, but under opposite polarity.
So that the oscillators 28 to 35 can be successively traversed by a bias current in the direction of the arrow 54, it is also provided choke coils 55, 56, 57, 58, 59, 60, which determine the phase separation of the excitation of the various oscillators. By arrows 61, 62, 63, 64 and 65, it is indicated the direction in which the oscillators are traversed at a given moment by the alternating current taken from the tube generator.
By the assembly shown in fig. 4 and 5, it is obtained that with the aid of only three generator stages delivering current shifted in phase from 0, + 45 and - 45, the various oscillators 28 to 45 are excited under phases such that one obtains in the direction of arrow 46 a directional characteristic of about + 15. By rotating the drum switch Fig. 4, this directional feature can be rotated in eighteen stages around the circumference and the entire circumference can be swept away by emitting energy.
A particular advantage of the provision is to be noted, not only in the fact that very few resources are required.
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phase cores and generator tubes; there is in addition to be considered as a particularly advantageous embodiment the fact that the phase shifting elements 48, 51 and 53 are connected between the control voltage source 49 of the last stage of the tube generator and the terminal stages. 47, 50, 52. As far as, in a somewhat modified arrangement, the phase shifting means have to be modified, this can be done in a lower power stage, so that, by changing the phases, no power is consumed. power.
Another advantage of the arrangement shown is that it allows simultaneous use for operation as a receiver of the same group of oscillators. An exemplary embodiment of a corresponding reception arrangement, based on the differential measurement, is shown in FIG. 6. The same reference figures have been taken therein as in FIGS. 4 and 5. However, the arrangement of oscillators already shown in FIG. 5 is connected by switches 66 and 74, and by phase shifting means, to two indicator devices 75 and 76. For transmission, switches 67, 70 and 73 remain open while switches 66, 68, 69, 71 , 72, 74 are connected to the transmission line as shown in fig.5.
By closing switches 67, 70 and 73 in the receiving position, a median bypass of the successfully mounted oscillators is determined, and a differential measurement of the wave energy absorbed by the oscillators is made possible because the three transformers 77, 78, 79 are each provided with two pairs of windings. The two pairs of windings of each transformer are wound in opposition and are coupled as shown in the drawing.
80 and 81 denote purely ohmic resistors which do not determine phase retardation; 82 and 83 are capacitors which determine phase shift in one direction and 84 and 85 are choke coils which determine phase shift in the other direction. The absolute values of the phase shifts determined by the members 82-83 are also 45 for the emission, as in the exemplary embodiment shown in FIG. 5.
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86 and 87 denote aes amplifiers equipped, in the manner known in differential measurements, with variable phase shifters and which, consequently, allow precise compensation; the precise compensation in amplifiers 86 and 87 is shifted until indicating devices 75 and 76 no longer indicate a difference. So after, by the position of the drum switch, a coarse registration has been established with a registration accuracy of about + 15, the precision compensators 86 and 87 allow precise setting of the registration direction to inside said angular field.
It goes without saying that it is possible to choose the number of oscillators other than eighteen and to modify the number of phase shifting means, as well as their size, accordingly. for the measurement of the magnitude of each phase displacement and for deciding which transmitters or receivers to be connected simultaneously to the same phase-changing means, the error which, during the coarse adjustment determined by the position of the switch to drum, must be admitted for the tracking or emission direction, is decisive.
The broad idea of the invention, on the basis of which the reciprocal combination between the oscillators and the phase shifting means is obtained, consists in not limiting the precision of the tracking or emission direction by the number alone. oscillators of the group, but by the combined coupling, in accordance with the direction of the various oscillators of the group.
Finally, it should be noted that the invention is not limited to the use ter that represented in the exemplary embodiment, of tube generators, but also extends to the use of emitting machines in which the various phases are obtained by a suitable arrangement and dimensions of the windings.
FIGS. 7 and 8 represent the application of the method of the invention in a group of oscillators arranged symmetrically with respect to the top, and not located in the same plane, the delay chains being avoided. This group is divided into zones and it is provided for interrupting members known per se byquals. we can
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coupling in phase or in phase opposition, as desired, with respect to the other transmitters, the transmitters which are in zones of width 2 or of width equal to an odd multiple of from the normal plane passing through the vertex to the plane of symmetry, in this way we obtain a compensation of the various emitters in several stages which, by itself,
does not cause the same directional effect, which is so precise, as when using delay chains, because the delay chains in fact always modify the phases of the various transmitters; however, the directional effect obtained is very satisfactory, taking into account the small quantity of technical material required for this coarse compensation in stages.
In fig.7 is shown the cross section of a semi-circular cylinder, on which are arranged several elementary acoustic emitters 88 to 99 working for example according to the magnetostrictive or piezoelectric principle. The transmitters are trimmed from each other by about 2 and the diameter of the cylinder circumference is about 2 #. for undirected emission, all transmitters 88 to 99 are fed uniformly so that they oscillate in phase and therefore scatter wave energies in all directions on the semicircle. The excitation of the transmitters can be reversed so that the transmitters 88, 90, 97 and 99 oscillate in phase opposite to that of the other transmitters.
This inversion (switching) determines that in the direction of arrow 100 a flat wave front develops, because in areas 101, 102, 103, 104 which are all approximately equal to # / 2 in width, the oscillators therefore oscillate alternately in phase and in opposite phase, and therefore all the even oscillators add up in the direction of arrow 100.
The inversion of the transmitters 88, 90, 97 and 99 can result, for example, according to an assembly shown in fig.8. The fixed transmitters (therefore not invertible) 89, 91, 92, 93, 94, 95, 96,98 are coupled together in a first stage and are connected in series with the invertible emitters 88, 90, 97 and 99, which are coupled together in a second floor. 105 designates a source of uniform current which deter- mines the polarization of the emitters by an inductor 106. 107 is a source
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of alternating current which determines the excitation of the emitters either in phase or in opposite phase, depending on whether it delivers through a switch 108, a transformer 109 or another transformer 110.
The transformer 110 is in series with all the emitters and therefore determines an excitation of all the emitters in phase. The transformer 109, on the other hand, is separately in series with the two transmitter stages and therefore determines an opposite phase excitation thereof.
As in the exemplary embodiment, the number of fixed transmitters is double that of the reversible transmitters, it is rational to choose for the transformer the 1: 1 transformation ratio, and for the transformer 110 the 1: 2 ratio. The circuits 111 and 112 parallel to the transmitters 88, 90, 97, 99 determine a supply of these various transmitters with the same energy.
CLAIMS.
1. Method of emitting or receiving wave energy, for example acoustic energy at sonic or ultra-sonic frequency in water, characterized in that a group of oscillators is excited as desired in phase and in different phases such as the directional characteristic resulting from this complete excitation at the desired angle the directional characteristic corresponding to the excitation in phase.