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PERFECTIONNEMENTS AUX COMPTEURS ELECTRIQUES.
La présente invention se rapporte à des perfectionnements aux compteurs électriques et, en particulier, à des systèmes de détermination d'un nombre de cycles d'une onde périodique se pro- duisant à des intervalles de temps prédéterminés, par exemple, de détermination de la fréquence d'une onde ou du nombre d'impulsions se produisant au cours d'une période prédéterminée, ou de la fré- quence de récurrence d'une série , ou d'un train d'impulsions.
Les dispositions conformes à l'invention procurent une gran- de précision de mesure et elles peuvent être utilisées, par exemple pour la mesure de la fréquence des notes d'un instrument de musique!.
Dans les systèmes connus du type ci-dessus spécifié, des dispositifs de déclenchement à double stabilité, par exemple du type du montage multivibrateur disposés pour présenter deux condi- tions de stabilité, ont été utilisés, chaque étage divisant la fré- quence par deux. Un grand nombre de dispositifs à tubes électro- niques est ainsi nécessaire et la transformation de l'indication
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finale à une échelle décimale n'est pas aisée.
L'invention a notamment pour but la constitution de systèmes perfectionnés comportant un nombre de tubes électroniques inférieur à celui des dispositifs connus destinés à compter le nombre de cycles ou d'impulsions se produisant dans une période de temps prédéterminée. Elle a également pour but une disposition des dits systèmes telle que l'indication qu'ils fournissent soit directement à une échelle décimale.
Le terme de " cycles" employé au cours de la présente des- cription devra être considéré comme comprenant les impulsions et le terme Il d'onde inconnue" désigne l'onde dont le nombre de cycles ou d'impulsions est à mesurer. Par suite, grâce à la détermination ou au comptage du nombre de cycles d'une onde dans un intervalle de temps connu, on peut déterminer la fréquencede la diteonde ou la. fréquence de récurrence d'un train d'impulsions.
L'invention envisage ainsi des dispositifs destinés à déter- miner le nombre de cycles d'une onde à. récurrence au cours d'un intervalle de temps prédéterminé. Dans ces dispositifs, la, dite onde de/ onde à récurrence et une/fréquence connue subissent plusieurs étages de division de fréquence et, après une division de fréquence convenable, on compare, à la fin d'un interva.lle connu de temps, les phases des ondes de sortie.
Dans la mise en pratique de l'invention, il est commode que chaque étage diviseur divise la fréquence par un multiple décimal, de telle sorte que les indications finales de comparaison de phase soient rapportées à une échelle du système décimal.
Conformément à un autre de ses aspects, l'invention prévoit des dispositifs destinés à déterminer la fréquence de récurrence d'une onde, comportant des moyens de détermination de la fréquence- différence entre la dite fréquence et celle d'une onde à fréquence connue.
Selon le mode de réalisation préféré de l'invention, on ob- tient la fréquence-somme ou la fréquence-différence de l'onde in- onde/ connue et d'une/à fréquence connue. La dite fréquence-somme ou la
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dite fréquence-différence et la fréquence connue sont soumises à une division de fréquence par étages, chaque étage divisant par dix, après quoi l'on compare les phases des ondes de sortie d'étages cor- respondants, par exemple au moyen d'oscillographes à faisceau catho- dique, à la fin d'un intervalle de temps, par exemple, d'un dixième de seconde. Les indications des oscillographes donnent alors direc- tement la différence du nombre de cycles produit dans cet intervalle par la fréquence-somme, ou la fréquence-différence et par la fré- quence connue.
Cette différence de nombre de cycles constitue la fréquence inconnue et, comme l'intervalle de temps est d'un dixième de seconde, on peut lire directement sur les oscillographes la fré- quence de récurrence de l'onde inconnue.
On remarquera qu'à la fin de la période prédéterminée, le comptage cesse et que l'onde inconnue ne traverse plus l'appareil compteur. Par suite, après une courte période, les indications sur l'écran de l'oscillographe à faisceau cathodique disparaîtraient.
Il est donc à désirer de disposer de moyens derétention des indica- tions à la position qu'ils occupent à la fin du dit intervalle de temps. Conformément à l'une des caractéristiques de l'invention, on y parvient en appliquant au compteur, sur le trajet de l'onde in- connue, ou de la fréquence-somme une fréquenc e-différence, à la fin du dit intervalle de temps, la fréquence qui est ajoutée à l'onde inconnue pour produire la dite fréquence-somme, ou fréquence-diffé- rence. Il n'y a plus alors de différence de fréquenceentre les ondes des deux trains appliqués aux diviseurs et les énergies de sor. tie des étages correspondants des trains de diviseurs sont en rela- tion de phase constante, ce qui maintient les indicateurs tels qu'ils étaient à la fin du dit intervalle de temps.
On remarquera en outre que la fréquence connue peut en fait n'être pas connue, puisque, selon la disposition préférée,cette fré- quence connue n'a pas d'influence sur le résultat final qui fournit la fréquence-différence entre la fréquence connue et la fréquence- somme, ou la fréquence-différence, obtenues à l'origine au moyen des fréquences connue et inconnue.
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L'invention sera, mieux comprise à la lecture de la descrip- tion détaillée qui suit qui en représente schématiquement, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation.
La figure 1 représente symboliquement, à l'aide de rectangles, l'application du principe de l'invention.
La figure 2 représente, de la même manière, le mode de réali- sation préféré de la dite invention.
La figure 3 représente le montage d'un commutateur électroni- que faisant partie du montage de la figure 2.
A la figure 1, deux trains de diviseursde fréquence connec- tés en cascade sont représentés par les blocs D.ll ....D.14 et D.21 ...D.24. Chaque diviseur D. 12 ...D.14 et D.22... D.24 est alimenté par le diviseur précédent du train et établi de manière à diviser la fréquence qui lui est appliquée par dix, mais tout autre facteur peut être employé, le facteur dix ayant l'avantage de donner direc- tement une indication exprimée suivant le système décimal. Le pre- mier diviseur du train D.ll ...D.14 est alimenté par la source de signal dont la fréquence est à déterminer, ou bien, le signal peut être constitué par un train d'ondes reçues, ou d'impulsions élec- triques et le nombre de cycles, ou d'impulsions, dont le train est à déterminer.
Le cercle S représente ainsi de façon générale, une source quelconque. L'autre train de diviseurs D. 21 ... D.24 est alimenté par un générateur d'oscillations représenté en G. Si l'on suppose que la source de signal a une fréquence de récurrence de 500-530 Kc (kilocycles par seconde) le générateur G peut alors pro- duire une fréquence de, par exemple, 500 Kc et, de préférence, il est stabilisé de manière à ce qu'on obtienne une indication constan- te sur les indicateurs. P1.P2. P3. P4 sont des phasemètres, qui peuvent prendre, par exemple, la forme d'oscillographes cathodiques et servent à comparer les phases des ondes entre les sorties des étages correspondants D.ll, D.21; D.12. D. 22, etc...
E1 désigne un commutateur qui peut connecter, soit la source de signal S, soit le générateur G, aux diviseurs D.ll ... D.14. E2 désigne un commuta- teur servant à relier la source G au train de diviseurs D. 21 -D. 24.
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E1 et E2sont disposés de manière à connecter S à D.11 et G à D.21. au même instant.
Si l'on suppose que le commutateur E1 est actionné de manière à connecter la source de signal S au train de diviseurs D.11 ...
D.14 et que E2 est actionné au même instant pour connecter le géné- rateur G au second train de diviseurs D. 21 ... D.24, l'onde ayant la plus grande fréquence avancera en phase sur l'autre onde, de sorte que les phasemètres P1 ... P4 avanceront continuellement, tournant à la vitesse de F cycles, où F est la fréquence-différence entre les ondes appliquées à partir de S et de G.
A la fin d'une période de temps prédéterminée ou connue, on manoeuvre le commutateur E1 de manière à déconnecter la source S du train D.11 - D.14, et à'connecter le générateur G au dit train, E2 restant fermé. Il y a alors une relation de phase constante entre les énergies de sortie de D.11 et D.21 ; et D.22 ; D.13 et D. 23, et D.14 et D. 24, et les oscillographes cathodiques conti- nuent à présenter les mêmes indications qu'à l'instant de l'inver- sion du commutateur E1.
La fréquence de S peut être la fréquence-somme ou la fréquen- ce-différence de l'onde inconnue et de l'onde de sortie du généra- teur G. Dans ce cas, les indicateurs P1 - P4 qui indiquent la fréquence-différence entre les ondes de S et de G, donneront direc- tement la fréquence de l'onde inconnue , ou le nombre de cycles de la dite onde qui se sont produits depuis que S est connecté aux diviseurs de fréquence D.11 - D. 14.
Quand la lecture désirée a été obtenue, on ouvre les commuta- teurs E1. E2 et les diviseurs sont tous ramenés à l'état de repos, prêts pour la prochaine mesure.
Il est à noter que, comme chaque étage diviseur de fréquence divise par dix, des déviations de 36 de l'indicateur phasemètre P4 correspondent à 1.000 cycles. De même, 36 de P3 correspondent à 100 cycles, 36 de P2 à dix cycles et, sur P1 à 1 cycle. Ainsi, en utilisant quatre étages de division, on a la possibilité de lec- ture jusqu'à 9. 999 cycles. Pour des lectures d'ordre plus élevé,
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on peut ajouter des étages additionnels . Quand on cherche la fré- quence de l'onde inconnue, le dit intervalle de temps peut commodé- ment être d'un dixième de seconde, ou même d'une seconde.
Dans un mode de réalisation pratique tel que celui décrit ci-après, les commutateurs E1 et E2 prennent la forme de commutateur: électroniques, de telle sorte que l'inversion de S à G est instan- tanée.
Chacun des diviseurs de fréquence peut être constitué sui- vant toute disposition bien connue, par exemple une paire de triodes ou un tube multigrille connecté en relais à relaxation, ou toute autre disposition de montage multivibrateur comportant une condition de stabilité et une constante de temps convenant pour effectuer la division par le diviseur désiré, dix. Comme de tels systèmes divi- seurs fonctionnent d'ordinaire sous la commande d'impulsions élec- triques, un générateur d'impulsions peut être intercalé entre le générateur G et les trains de diviseurs, et le signal S peut égale- ment commander un générateur d'impulsions, à moins que le dit signal S ne soit lui-même un train d'impulsions.
Un tel générateur d'im- pulsions peut être constitué par exemple, par un limiteur d'ampli- tude, produisant une onde de forme rectangulaire, et par un réseau différenciateur alimenté par la sortie du limiteur d'amplitude. Les impulsions différenciées positives ou négatives, sont éliminées au moyen d'un dispositif redresseur et les impulsions restantes comman- dent les diviseurs.
Des formes convenables d'indicateurs de phase peuvent être constituées par de petits oscillographes à faisceau cathodique, tels que celui indiqué en P4à la figure2, mais oh comprendra que P1...
P3 peuvent également être constitués par des indicateurs de ce type.
L'énergie de sortie de l'un des diviseurs d'une paire de diviseurs, par exemple de D.14, qui a la plus grande fréquence de la paire D.14 -D.24, est appliquée, à travers un filtre représenté par le rectangle 1, de manière à produire des ondes sinusoïdales, qui tra- versent un système diviseur de phase, représenté par le rectangle 2, de manière à produire deux ondes en quadra,teurs, qui sont appliquées
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aux organes déviateurs octogonaux, l'un par rapport à l'autre, du tube cathodique. Ces organes ont été représentés sous forme de paires de plaques déviatrices 3, 5 et 4,6 . On donne ainsi au fais- ceau de l'oscillographe un mouvement d'exploration circulaire.
Il est appliqué, à partir de la sortie de l'autre diviseur D.24 de la paire, une impulsion à la grille de commande d'intensité 7 de l'os- cillographe. Dans ce but, l'énergie de sortie de D. 24 peut être appliquée à un circuit différenciateur, représenté par le rectangle 8, et les brèves impulsions qui correspondent aux flancs avant et arrière de l'onde de sortie de D. 24 sont appliquées à la grille de commande 7, de façon telle que les impulsions correspondant au flanc avant ne rendent visible la trace du faisceau électronique. qu'à l'in- stant d'application de l'impulsion à 7.
Selon une variante, l'im- pulsion peut produire une tache sombre sur une trace brillante,comme bien connu. En pratique, il se peut que les diviseurs aient un rap- port temps de fonctionnement-temps d'arrêt élevé, auquel cas l'im- pulsion de sortie du diviseur D.24 peut être suffisamment courte, sans différenciation.
L'indication de phase ainsi obtenue est un spot qui tourne d'angles correspondants aux phases relatives des ondes de sortie des paires de diviseurs.
Les systèmes commutateurs électroniques qui accomplissent la fonction du commutateur E1, figure 1, vont maintenant être décrits, avec référence à la figure 2, sur laquelle les mêmes références dé- signent les mêmes organes qu'à la figure 1.
Quand les diviseurs divisent par dix, la bande de fréquence d'entrée ne peut atteindre 10%, sinon la division par 9', ou par 11, commencerait. Pour cette raison, on emploie un changeur de fréquence pour amener la fréquence inconnue à l'intérieur de la bande de fonc- tionnement. L'utilisation du dit changeur de fréquence présente l'avantage que les oscillographes cathodiques peuvent donner une indication directe du nombre de cycles, ou d'impulsions, contenus dans l'onde inconnue, représentée par le rectangle S, dans un inter- valle de temps spécifié. Le changeur de fréquence est représenté
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par le rectangle C et il est alimenté par le signal inconnu et par l'onde de sortie du générateur d'oscillations stables G.
Le commutateur électronique qui accomplit la fonction du com- mutateur E1 (figure 1), comprend les circuits-portes, représentés par les rectangles G.11 et G.12 dont les détails sont indiqués à la figure 3. Les dits circuits-portes s'ouvrent ou se ferment sous la commande des ondes à forme rectangulaire résultant de l'inversion de l'énergie de sortie du montage multivibrateur représenté par le rectangle M1. L'onde appliquée à G.11 est inversée par rapport à celle appliquée à G.12, de telle sorte que, quand @.Il estouvert, G.12 est fermé et vice-versa.
L'énergie de sortie du changeur de fréquence C est appliquée, à travers un filtre représenté par le rectangle F, établi de manière à laisser passer la fréquence-somme résultant de la combinaison de la fréquence de signal, ou fréquence inconnue Fs et de la fréquence du générateur Fg et du circuit-porte G.11, au train de diviseurs D.11 ... D.14. L'énergie de sortie de l'oscillateur stable G est appliquée, à travers le circuit-porte G.12 au train de diviseurs D.11 ...D.14. Comme représenté aux des- sins, la fréquence Fg du générateur G est appliquée au circuit-porte G.12 à travers le circuit-porte G. 2, qui commande l'application de la fréquence Eg au train de diviseurs D. 21 ...D.24. Le circuit-porte G2 correspond au commutateur E2 (figure 1) et il s'ouvre ou se ferme suivant la commande du circuit multivibrateur représenté par le rectangle M2.
Les circuits-portes G.11, G. 12 et G.2 peuvent consister, par exemple, en un tube pentode , dont la grille de rejet est normale- ment polarisée négativement au moyen d'un circuit de déclenchement à double stabilité M1 ou M2. Le montage d'un tel dispositif est représenté à la figure 3. Le circuit de déclenchement comprend deux tubes électroniques 9,10 disposés de manière à présenter deux condi- tions de stabilité. Normalement, le courant passe dans le tube 10 et produit une polarisation négative pour la grille de rejet du tube pentode 11. La polarisation négative est convenablement empruntée à la grille du tube 9. Il n'y a pas de courant de plaque dans le
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tube9.
Quand une impulsion, ci-après dénommée sous le nom d'impul- sion de déclenchement et supposée positive, est appliquée à la borne SP1, elle est appliquée aux grilles des tubes 9 de chacun des cir- cuits M1 et M2. Les circuits M1 et Misent déclenchés de manière à revenir à leur autre état pour lequel aucun courant ne passe dans le tube 10 et la polarisation est supprimée sur la grille de rejet du tube 11, ce qui permet aux oscillations de passer du générateur G au train de diviseurs D.21,... D. 24 et à l'onde de signal, ou onde inconnue S, après changement de fréquence et filtrage en C et en F, de passer au train de diviseurs D.11 ... D.14.
A ce moment, on se rappelle que le circuit-porte G.12 est fermé. A la fin du temps spécifié, une impulsion d'arrêt est appli- quée à la borne SP2 et, si l'on suppose qu'une impulsion positive est appliquée à la grille de commande du tube 10, le circuit de: déclenchement M1 change de position, fermant la porte G.11 et ou- vrant la porte G.12. Si, selon une variante, on établit le circuit de déclenchement M1 de manière à ce qu'il présente une condition de stabilité et une constante de temps telles que le circuit reste dans sa condition d'instabilité, pendant un dixième de seconde, ou tout autre temps spécifié, Ml change automatiquement de position, fermant la porte G.11 et ouvrant la porte G.12.
Le début et la fin d'un train de signal peuvent être employés à la production, l'un, de l'impulsion de départ et l'autre, de l'im- pulsion d'arrêt destinées à inverser les positions des circuits G.11 et G. 12, comme il est clair pour l'homme de l'art.
Quand G. 12 est ouvert, les oscillations de G sont appliquées au train de diviseurs D.11 ... D.14, à travers le circuit-porte G.2, ce qui a pour résistât, comme expliqué plus haut, de maintenir les indications des oscillographes cathodiques à la position qu'elles occupent à la fin du temps spécifié, et le renseignement désiré être/ peut alors/obtenu directement sur l'écran de l'oscillographe.
Les impulsions de départ et d'arrêt ont été supposées consti- tuées par des impulsions positives, mais on comprendra que des im- pulsions négatives peuvent également bien être employées et appli-
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quées en des points appropriés des montages multivibrateurs, pour remplir les fonctions désirées.,
En pratique, la fréquence de l'onde de signal inconnue S peut être, par exemple, de 5 à 30 kilocycles par seconde. La fré- quence Fg du générateur peut alors commodément être fixée à 500 Kilocycles par seconde.
On remarquera que l'impulsion de départ ouvre les portes G.11 et G.2 simultanément de telle sorte que les trains de diviseurs commencent à fonctionner au même instant et que l'impulsion d'arrêt n'a pas d'effet sur le fonctionnement de G.2, mais inverse seule- ment les positions de G.11 et de G.12, c'est-à-dire ferme G.11 et ouvre G.12.
On comprendra que les diviseurs D.11 ... D.14 et D.21 ...
D. 24 sont établis de manière à fonctionner à des fréquences d'un ordre spécifique. Selon le mode de réalisation désiré, cet ordre est de 500 kilocycles seconde et le filtre F est établi pour lais- ser passer des fréquences de cet ordre. Les diviseurs de fréquence du type multivibrateur sont susceptibles de diviser par d'autres diviseurs que 10, lorsque des fréquences convenables leur sont ap- pliquées. Par exemple, un tel diviseur établi pour diviser par 10 pour une fréquence appliquée de l'ordre de 500 kilocycles, divisera par 9 pour une fréquence de l'ordre de 50 x 9 = 450 kilocycles, ou par 8 quand la fréquence appliquée sera de 50 x8 = 400 kilocycles.
Par suite, il est possible d'ajuster les fréquences de façon telle que D.11 divise par 9, ou par quelque autre diviseur, alors que les autres diviseurs continuent à diviser par 10. Par exemple, la fré- quence Fg du générateur G est telle qu'elle permet aux diviseurs D.21 ... D.24 de diviser par dix. Pour que D.11 divise par neuf, ou par dix, la fréquence appliquée doit être de l'ordre Fg' dans le cas de la division par 10, et de l'ordre 9/10 Fg dans le cas de la division par 9. La fréquence de sortie de D.11 sera alors du même ordre, que la division ait lieu par 9 ou par 10 et les autres diviseurs D.12 ... D.14 continueront à diviser par 10. Le filtre F
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doit être convenablement établi pour laisser passer la fréquence désirée .
Lorsqu'on appliquera Fg à D.11? pour maintenir les lectu- res de l'indicateur telles qu'elles sont à la fin de l'application de la fréquence inconnue, il n'y aura pratiquement pas de changement de la dite indication.
Conformément à un mode de réalisation pratique de cette va- riante , la disposition représentée à la figure 2 est établie pour compter des fréquences de l'ordre de 25 kilocycles/seconde. Dans ce but la fréquence du générateur d'oscillations G est fixée à 25 x 10 = 250 Kc s. Si alors le signal inconnu a une fréquence située, par exemple, entre 20 et 30 Kc s, le chargeur de fréquence G donnera à sa sortie, les fréquences 220-230 Kc s et 270-280 Kc s. Le filtre F peut être établi pour laisser passer l'une ou l'autre de ces ban- des. Dans le premier cas, si le filtre laisse passer 220-230 Kc s le diviseur D.11 divisera par 9, et, dans le second cas, si le fil- tre laisse passer 270-280 Kc s, le diviseur D.11 divisera par 11.
Dans l'un ou l'autre cas, on remarquera que l'énergie de sortie sera à une fréquence du même ordre,, c'est-à-dire de l'ordre de 25 Kc/s.
Les oscillographes à faisceau cathodique sont étalonnés en utilisant, comme onde inconnue, une fréquence d'exactement 25 Kc/s.
En d'autres termes, si l'intervalle de cadencement est d'un dixième de seconde, les 2.500 périodes passeront à travers les compteurs , qui donneront l'indication 2.500. Par suite ;
Le déphasage 0 entre D.11 et D.21 sera étalonné 0
Le déphasage 0 entre D. 12 et D.22 sera étalonné 0
Le déphasage 0 entre D.13 et D. 23 sera étalonné 5
Le déphasage 0 entre D.14 et D. 24 sera étalonné 2.
Le fonctionnement complet du système représenté à la figure 2 pour une fréquence "inconnue" constante à 25 Kc/s ne causera aucun déplacement du réglage de déphasage 0. On s'en rend compte en vertu de ce que la fréquence de sortie du chargeur de fréquence G est 250- 25 = 225 Kc s, ce qui, appliqué à D.11 qui divise par 9, donne une fréquence de 25 Kc s. En même temps, la fréquence de 250 Kc/s est appliquée à D.21, qui divise par 10 et donne, dans son circuit de
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sortie, une fréquence de 25 Kc s et aucun des indicateurs de phase ne sera déplacé de son indication de zéro. Ces indications, suivant l'étalonnage, doivent se lire, de droite à gauche, 2,5, 0 et 0.
Si la fréquence inconnue est instable et oscille autour de 25 Kc s, la variation de fréquence causera, à la sortie des paires correspondantes d'étages diviseurs, des variations de phase pendant l'intervalle de temps spécifié, mais les indications finales, sur les phasemètres Pl ... P4, seront, approximativement, sinon exacte- ment, 2, 5, 0, 0.
Les ondes inconnues de fréquences supérieures ou inférieur es à 25 Kc/s causeront une rotation de phase positive ou négative et, en tous cas, le chiffre final enregistré sur les phasemètres P1 ...
P4 sera une mesure exacte du nombre de cycles de signal qui ont lieu pendant l'intervalle de temps spécifié d'application de l'onde in- connue.
Bien que, dans la description ci-dessus, on y fait mention de certaines fréquences particulières, on comprendra que les dites fréquences n'ont été données qu'à titre d'exemple et que l'invention ne leur est aucunement limitée.
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IMPROVEMENTS IN ELECTRIC METERS.
The present invention relates to improvements in electricity meters and, in particular, to systems for determining a number of cycles of a periodic wave occurring at predetermined time intervals, for example, for determining the cycle. frequency of a wave or the number of pulses occurring during a predetermined period, or the recurrence frequency of a series, or train of pulses.
The arrangements in accordance with the invention provide great measurement precision and can be used, for example, for measuring the frequency of the notes of a musical instrument !.
In known systems of the type specified above, double stability triggering devices, for example of the type of the multivibrator assembly arranged to present two conditions of stability, have been used, each stage dividing the frequency by two. A large number of electronic tube devices is thus necessary and the transformation of the indication
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final to a decimal scale is not easy.
The object of the invention is in particular to constitute improved systems comprising a number of electron tubes less than that of known devices intended to count the number of cycles or pulses occurring in a predetermined period of time. It also aims to provide said systems such that the indication they provide is directly on a decimal scale.
The term "cycles" used throughout the present description should be considered to include pulses and the term II of unknown wave "designates the wave whose number of cycles or pulses is to be measured. , by determining or counting the number of cycles of a wave in a known time interval, the frequency of said wave or the repetition frequency of a train of pulses can be determined.
The invention thus contemplates devices for determining the number of cycles from wave to wave. recurrence during a predetermined time interval. In these devices, the, said wave of / recurrence wave and a / known frequency undergo several frequency division stages and, after a suitable frequency division, one compares, at the end of a known time interval, the phases of the output waves.
In practicing the invention, it is convenient that each divider stage divides the frequency by a decimal multiple, so that the final phase comparison indications are related to a scale of the decimal system.
According to another of its aspects, the invention provides devices intended to determine the repetition frequency of a wave, comprising means for determining the frequency-difference between said frequency and that of a wave of known frequency.
According to the preferred embodiment of the invention, the frequency-sum or the frequency-difference of the in-wave / known wave and of / at known frequency are obtained. The so-called sum-frequency or
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said frequency-difference and the known frequency are subjected to a frequency division by stages, each stage dividing by ten, after which the phases of the output waves of corresponding stages are compared, for example by means of oscillographs cathodic beam, at the end of a time interval, for example, of a tenth of a second. The indications of the oscillographs then give directly the difference of the number of cycles produced in this interval by the frequency-sum, or the frequency-difference and by the known frequency.
This difference in the number of cycles constitutes the unknown frequency and, since the time interval is one tenth of a second, the frequency of recurrence of the unknown wave can be read directly on the oscillographs.
It will be noted that at the end of the predetermined period, the counting ceases and that the unknown wave no longer passes through the counter apparatus. As a result, after a short time, the indications on the screen of the cathode beam oscillograph would disappear.
It is therefore desirable to have means of retaining the indications at the position they occupy at the end of said time interval. In accordance with one of the characteristics of the invention, this is achieved by applying to the counter, on the path of the unknown wave, or of the frequency-sum, a frequency-difference, at the end of said interval of time, the frequency which is added to the unknown wave to produce the so-called frequency-sum, or frequency-difference. There is then no longer any difference in frequency between the waves of the two trains applied to the dividers and the sor energies. Tie of the corresponding stages of the divider trains are in constant phase relation, which maintains the indicators as they were at the end of said time interval.
It will be further noted that the known frequency may in fact not be known, since, according to the preferred arrangement, this known frequency has no influence on the final result which provides the frequency-difference between the known frequency and frequency-sum, or frequency-difference, originally obtained using the known and unknown frequencies.
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The invention will be better understood on reading the detailed description which follows, which schematically represents, by way of nonlimiting example, one embodiment.
FIG. 1 symbolically represents, using rectangles, the application of the principle of the invention.
FIG. 2 likewise shows the preferred embodiment of said invention.
FIG. 3 shows the assembly of an electronic switch forming part of the assembly of FIG. 2.
In figure 1, two trains of frequency dividers connected in cascade are represented by blocks D.ll .... D.14 and D.21 ... D.24. Each divider D. 12 ... D.14 and D.22 ... D.24 is fed by the preceding divider of the train and established so as to divide the frequency which is applied to it by ten, but any other factor can be used, the factor ten having the advantage of directly giving an indication expressed according to the decimal system. The first divider of the train D.ll ... D.14 is supplied by the signal source, the frequency of which is to be determined, or else, the signal can consist of a train of received waves, or of pulses and the number of cycles, or pulses, the train of which is to be determined.
The circle S thus generally represents any source. The other train of dividers D. 21 ... D.24 is fed by an oscillation generator shown in G. Assuming that the signal source has a repetition frequency of 500-530 Kc (kilocycles per second) the generator G can then produce a frequency of, for example, 500 Kc and, preferably, it is stabilized so that a constant indication is obtained on the indicators. P1.P2. P3. P4 are phasemeters, which can take, for example, the form of cathode oscillographs and are used to compare the phases of the waves between the outputs of the corresponding stages D.ll, D.21; D.12. D. 22, etc ...
E1 designates a switch which can connect either the signal source S or the generator G to the dividers D.ll ... D.14. E2 designates a switch serving to connect the source G to the train of dividers D. 21 -D. 24.
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E1 and E2 are arranged so as to connect S to D.11 and G to D.21. at the same time.
If it is assumed that the switch E1 is operated so as to connect the signal source S to the train of dividers D.11 ...
D.14 and that E2 is actuated at the same instant to connect the generator G to the second train of dividers D. 21 ... D.24, the wave having the higher frequency will advance in phase on the other wave, so that the phasemeters P1 ... P4 will advance continuously, rotating at the rate of F cycles, where F is the frequency-difference between the waves applied from S and G.
At the end of a predetermined or known period of time, switch E1 is operated so as to disconnect source S from train D.11 - D.14, and to connect generator G to said train, E2 remaining closed. There is then a constant phase relationship between the output energies of D.11 and D.21; and D.22; D.13 and D. 23, and D.14 and D. 24, and the cathode-ray oscillographs continue to present the same indications as at the instant of inversion of switch E1.
The frequency of S can be the frequency-sum or the frequency-difference of the unknown wave and the output wave of generator G. In this case, the indicators P1 - P4 which indicate the frequency-difference between the waves of S and G, will directly give the frequency of the unknown wave, or the number of cycles of the said wave which have occurred since S was connected to the frequency dividers D.11 - D. 14 .
When the desired reading has been obtained, the switches E1 are opened. E2 and the dividers are all returned to the idle state, ready for the next measurement.
It should be noted that, as each frequency divider stage divides by ten, deviations of 36 of the phasemeter indicator P4 correspond to 1,000 cycles. Likewise, 36 of P3 correspond to 100 cycles, 36 of P2 to ten cycles and, on P1 to 1 cycle. Thus, by using four dividing stages, it is possible to read up to 9,999 cycles. For higher order readings,
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additional floors can be added. When looking for the frequency of the unknown wave, said time interval can conveniently be a tenth of a second, or even a second.
In a practical embodiment such as that described below, the switches E1 and E2 take the form of switch: electronic, so that the inversion from S to G is instantaneous.
Each of the frequency dividers can be formed according to any well known arrangement, for example a pair of triodes or a multigrid tube connected as a relaxation relay, or any other multivibrator arrangement comprising a stability condition and a suitable time constant. to divide by the desired divisor, ten. As such dividing systems ordinarily operate under the control of electric pulses, a pulse generator can be interposed between generator G and the trains of dividers, and signal S can also control a generator. of pulses, unless said signal S is itself a train of pulses.
Such a pulse generator can be constituted, for example, by an amplitude limiter, producing a wave of rectangular shape, and by a differentiating network supplied by the output of the amplitude limiter. The differentiated positive or negative pulses are eliminated by means of a rectifier device and the remaining pulses control the dividers.
Suitable forms of phase indicators may be small cathode beam oscillographs, such as the one shown at P4 in Figure 2, but it will be understood that P1 ...
P3 can also be made up of indicators of this type.
The output energy of one of the dividers of a pair of dividers, for example of D.14, which has the greatest frequency of the pair D.14 -D.24, is applied, through a filter shown by rectangle 1, so as to produce sinusoidal waves, which pass through a phase divider system, represented by rectangle 2, so as to produce two quadra, tor waves, which are applied
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to the octagonal deflector members, one relative to the other, of the cathode ray tube. These organs have been shown as pairs of deflector plates 3, 5 and 4.6. The oscillograph beam is thus given a circular exploration movement.
From the output of the other divider D.24 of the pair, a pulse is applied to the intensity control grid 7 of the oscillograph. For this purpose, the output energy of D. 24 can be applied to a differentiator circuit, represented by rectangle 8, and the brief pulses that correspond to the front and rear edges of the output wave of D. 24 are applied. to the control grid 7, so that the pulses corresponding to the front flank do not make the trace of the electron beam visible. than when the pulse is applied to 7.
Alternatively, the pulse can produce a dark spot on a bright trace, as is well known. In practice, the dividers may have a high run time to stopping time ratio, in which case the output pulse of divider D.24 may be short enough without differentiation.
The phase indication thus obtained is a spot which rotates by angles corresponding to the relative phases of the output waves of the pairs of dividers.
The electronic switching systems which perform the function of the switch E1, figure 1, will now be described, with reference to figure 2, in which the same references denote the same members as in figure 1.
When dividers divide by ten, the input frequency band cannot reach 10%, otherwise the division by 9 ', or by 11, would start. For this reason, a frequency changer is employed to bring the unknown frequency within the operating band. The use of said frequency changer has the advantage that cathode ray oscillographs can give a direct indication of the number of cycles, or pulses, contained in the unknown wave, represented by the rectangle S, within an interval of specified time. The frequency changer is shown
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by the rectangle C and it is fed by the unknown signal and by the output wave of the generator of stable oscillations G.
The electronic switch which performs the function of the switch E1 (figure 1), comprises the gate circuits, represented by the rectangles G.11 and G.12, the details of which are shown in figure 3. Said gate circuits s 'open or close under the control of rectangular waves resulting from the inversion of the output energy of the multivibrator assembly represented by the rectangle M1. The wave applied to G.11 is inverted with respect to that applied to G.12, so that when @ .It is open, G.12 is closed and vice versa.
The output energy of the frequency changer C is applied, through a filter represented by the rectangle F, established so as to pass the frequency-sum resulting from the combination of the signal frequency, or unknown frequency Fs and of the frequency of generator Fg and gate circuit G.11, to the train of dividers D.11 ... D.14. The output energy of the stable oscillator G is applied, through the gate circuit G.12 to the train of dividers D.11 ... D.14. As shown in the drawings, the frequency Fg of the generator G is applied to the gate circuit G.12 through the gate circuit G. 2, which controls the application of the frequency Eg to the train of dividers D. 21 .. .D.24. The gate circuit G2 corresponds to the switch E2 (FIG. 1) and it opens or closes according to the command of the multivibrator circuit represented by the rectangle M2.
The gate circuits G.11, G. 12 and G.2 may consist, for example, of a pentode tube, the reject gate of which is normally negatively biased by means of a double stability trigger circuit M1 or M2. The assembly of such a device is shown in FIG. 3. The trigger circuit comprises two electron tubes 9, 10 arranged so as to present two conditions of stability. Normally, current flows through tube 10 and produces a negative bias for the reject grid of pentode tube 11. The negative bias is suitably taken from the grid of tube 9. There is no plate current in the tube.
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tube9.
When a pulse, hereinafter referred to as the trigger pulse and assumed to be positive, is applied to terminal SP1, it is applied to the gates of tubes 9 of each of circuits M1 and M2. The circuits M1 and Miser triggered so as to return to their other state for which no current passes through the tube 10 and the bias is removed on the reject grid of the tube 11, which allows the oscillations to pass from the generator G to the train of dividers D.21, ... D. 24 and to the signal wave, or unknown wave S, after change of frequency and filtering in C and in F, to switch to the train of dividers D.11 ... D .14.
At this moment, we remember that the gate circuit G.12 is closed. At the end of the specified time, a stop pulse is applied to terminal SP2 and, assuming that a positive pulse is applied to the control gate of tube 10, the trigger circuit M1 changes position, closing door G.11 and opening door G.12. If, according to a variant, the tripping circuit M1 is established so that it has a condition of stability and a time constant such that the circuit remains in its condition of instability, for a tenth of a second, or all other time specified, M1 automatically changes position, closing door G.11 and opening door G.12.
The start and end of a signal train can be used to produce one of the start pulse and the other of the stop pulse to reverse the positions of the circuits G .11 and G. 12, as is clear to those skilled in the art.
When G. 12 is open, the oscillations of G are applied to the train of dividers D.11 ... D.14, through the gate-circuit G.2, which has the resistance, as explained above, to maintain the indications of the cathode-ray oscillographs at the position they occupy at the end of the specified time, and the desired information be / can then / obtained directly on the oscillograph screen.
The start and stop pulses have been assumed to be positive pulses, but it will be understood that negative pulses may well be employed and applied as well.
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quées at appropriate points of the multivibrator assemblies, to fulfill the desired functions.
In practice, the frequency of the unknown signal wave S may be, for example, 5 to 30 kilocycles per second. The frequency Fg of the generator can then conveniently be set at 500 kilocycles per second.
Note that the start pulse opens the gates G.11 and G.2 simultaneously so that the trains of dividers start to operate at the same time and the stop pulse has no effect on the operation of G.2, but only reverses the positions of G.11 and G.12, ie closes G.11 and opens G.12.
It will be understood that the dividers D.11 ... D.14 and D.21 ...
D. 24 are set to operate at frequencies of a specific order. According to the desired embodiment, this order is 500 kilocycles second and the filter F is established to allow frequencies of this order to pass. Multivibrator type frequency dividers are liable to divide by dividers other than 10, when suitable frequencies are applied to them. For example, such a divider established to divide by 10 for an applied frequency of the order of 500 kilocycles, will divide by 9 for a frequency of the order of 50 x 9 = 450 kilocycles, or by 8 when the applied frequency is 50 x8 = 400 kilocycles.
As a result, it is possible to adjust the frequencies so that D.11 divides by 9, or by some other divisor, while the other divisors continue to divide by 10. For example, the frequency Fg of generator G is such that it allows divisors D.21 ... D.24 to divide by ten. For D.11 to divide by nine, or by ten, the frequency applied must be of the order Fg 'in the case of division by 10, and of the order 9/10 Fg in the case of division by 9 The output frequency of D.11 will then be of the same order whether the division takes place by 9 or by 10 and the other dividers D.12 ... D.14 will continue to divide by 10. The filter F
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must be suitably set to pass the desired frequency.
When we apply Fg to D.11? to maintain the indicator readings as they are at the end of the application of the unknown frequency, there will be virtually no change in said indication.
In accordance with a practical embodiment of this variant, the arrangement shown in FIG. 2 is established to count frequencies of the order of 25 kilocycles / second. For this purpose, the frequency of the oscillation generator G is fixed at 25 x 10 = 250 Kc s. If then the unknown signal has a frequency located, for example, between 20 and 30 Kc s, the charger of frequency G will give at its output, the frequencies 220-230 Kc s and 270-280 Kc s. The filter F can be established to allow one or the other of these bands to pass. In the first case, if the filter lets through 220-230 Kc s, the divider D.11 will divide by 9, and, in the second case, if the filter lets through 270-280 Kc s, the divider D.11 will divide by 11.
In either case, it will be noted that the output energy will be at a frequency of the same order, that is to say of the order of 25 Kc / s.
Cathode beam oscillographs are calibrated using, as the unknown wave, a frequency of exactly 25 Kc / s.
In other words, if the timing interval is a tenth of a second, the 2,500 periods will pass through the counters, which will give the indication 2,500. Hence;
The phase shift 0 between D.11 and D.21 will be calibrated 0
The phase shift 0 between D. 12 and D.22 will be calibrated 0
The phase shift 0 between D.13 and D. 23 will be calibrated 5
The phase shift 0 between D.14 and D. 24 will be calibrated 2.
Full operation of the system shown in Figure 2 for a constant "unknown" frequency at 25 Kc / s will not cause any displacement of the 0 phase shift setting. This is realized by virtue of the charger output frequency of frequency G is 250 - 25 = 225 Kc s, which, applied to D.11 which divides by 9, gives a frequency of 25 Kc s. At the same time, the frequency of 250 Kc / s is applied to D.21, which divides by 10 and gives, in its circuit of
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output, a frequency of 25 Kc s and none of the phase indicators will be moved from their zero indication. These indications, depending on the calibration, should read, from right to left, 2.5, 0 and 0.
If the unknown frequency is unstable and oscillates around 25 Kc s, the frequency variation will cause, at the output of the corresponding pairs of divider stages, phase variations during the specified time interval, but the final indications, on the phasemeters P1 ... P4 will be approximately, if not exactly, 2, 5, 0, 0.
The unknown waves of frequencies higher or lower than 25 Kc / s will cause a positive or negative phase rotation and, in any case, the final figure recorded on the phasemeters P1 ...
P4 will be an exact measure of the number of signal cycles that occur during the specified time interval of application of the unknown wave.
Although, in the above description, mention is made therein of certain particular frequencies, it will be understood that said frequencies have been given only by way of example and that the invention is in no way limited to them.