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" Perfectionnements aux mécanismes intégrateurs ".
La présente invention concerne des mécanismes intégrateurs perfectionnés et a pour but de permettre sans calcul arithmétique, que la valeur moyenne d'une quantité qui varie ou qui paratt varier autour d'une valeur définie soit donnée avec certitude pendant une durée non déterminée à l'avance, rapidement et de façon sûre par un mécanisme robuste d'un type comparativement simple.
Un autre but de l'invention est de faire en sorte que le résultat désiré est obtenu par l'emploi d'un seul intégrateur, ce qui réduit donc le poids, la masse, le prix de revient et le risque d'erreur et permet d'obtenir un mécanisme compact et sûr qui peut être appliqué facilement des instruments d'un poids comparativement léger qui doivent être manipu- lés en service.
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La présente invention consiste en un intégrateur comprenant un cône qui est tourné proportionnellement à une variable dépendante pendant l'opération d'intégration, des moyens indiquant la rotation de ce cône à la fin de l'opération d'intégration, un cylindre tournant à proximité de ce cône pour former un trajet parallèle entre les surfaces proches de ce cône et de ce cylindre, des moyens pouvant tourner librement pour la transmission du mouvement à partir de ce cône jusqu'à ce cylindre, des moyens pour déplacer de façon constante et uniforme ces moyens pouvant tourner librement le long de ce trajet parallèle, proportionnellement au changement de la variable indépendante, pendant l'opération d'intégration et des moyens pour indiquer la rotation de ce cylindre à la fin de l'opération d'intégration,
des moyens étant prévus dans certains cas pour comparer la quantité des rotations de ce cylindre et de ce cône.
Pour que la nature de la présente invention puisse être le mieux comprise, celle-ci sera à présent décrite en relation avec le dessin annexé, en se rapportant aux lettres et chiffres indiqués aux différente s figures de celui-ci, dans lesquelles:
La fig. 1 est un schéma montrant un mécanisme simple.
La fig. 2 est une vue en bout de la fig. 1.
La fig. 3 est une élévation latérale d'un dispositif convenant pour l'application à un sextant à bulle.
La fig. 4 est uhe vue en plan de la fige 3, regardée dans la direction de la flèche 4 et
La fige 5 est une vue en bout partielle de la fige 3, regardée dans la direction de la flèche 5.
Comme on l'a représenté aux fig. 1 et 2, un cône 1 et un cylindre 2 sont montés respectivement sur des arbres 3 et 4 (supportés dans des paliers non représentés) dont les axes se trouvent dans le même plan et de manière que la
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surface du cylindre 2 soit parallèle à la surface proche du cône 1, la coopération entre les surfaces étant effectuée' par les billes 5 disposées entre ces surfaces.
L'arbre 3 porte à la petite extrémité du cône 1 un manchon 6 monté sur celui-ci pour la libre rotation, ce manchon 6 portant un disque 7 avec une marque d'index radiale 8 et une roue dentée conique 9. Le disque 7 tourne par rapport au disque 10 en ayant également une marque d'index radiale 11, fixée sur l'arbre 3 (par exemple par la vis de serrage représentée à la fig. 1)
L'arbre 3 du cône 1 est couplé à la partie appropriée de la machine ou de l'instrument de façon que le cône 1 soit mis en rotation proportionnellement à la variable dépendante.
Les billes 5 sont montées pour la libre rotation, sans jeu ni mouvement perdu, dans un chariot 13 ayant des moyens de circulation tels que la vis 14 (supportée dans des paliers non représentés) par laquelle ces billes 5 peuvent être déplacées le long du trajet parallèle entre les surfaces proches du cône 1 et du cylindre 2, pour transmettre le mouvement depuis le cône 1 jusqu'au cylindre 2 d'un bout à l'autre de la circulation.
Les deux billes 5 sont disposées de manière que les contacts entre les surfaces du cône 1 et une bille 5, entre les surfaces des billes 5 et entre les surfaces d'une bille 5 et du cylindre 2,soient dans une ligne droite se trouvant dans le plan contenant les axes du cône 1 et du cylindre 2.
L'arbre 4 du cylindre 2 porte une roue dentée conique 15 fixée sur celui-ci pour coopérer avec la roue dentée conique 9 sur le manchon 6, monté pour la libre rotation sur l'arbre 3 du cône 1, et fait tourner le manchon 6 et le disque 7 dans la même direction de ce côté 1, les diamètres respectifs des roues dentées coniques 15 et 9 étant tels que lorsque les
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billes 5 sont dans une position choisie, les disques 7 et 10 tournent à la même vitesse dans la même direction et les marques d'index radiales 8 et 11 resteront en correspondance, ce qui établit donc une position de départ pour le chariot à billes 13.
Initialement, le chariot à billes 13 est placé dans la position de départ avec les marques d'index 8 et 11 en correspondance,et le cône 1 avec le disque 10 est tourné de manière que la marque d'index 11 ait une position angulaire représentant la valeur de départ instantanée de la variable dépendante, ce qui fait tourner le disque 7 d'une quantité semblable dans la même direction et maintient les marques d'index 8 et 11 en correspondance.
Pendant l'opération d'intégration, l'arbre 3 et le cône 1 sont tournés pour suivre la valeur de la variable dépendante et le chariot 13 est mis en circulation (à partir de la position de départ) proportionnellement au changement de la variable indépendante.
Si le temps est la variable indépendante, la position de départ peut alors être appeléa to (c'est-à-dire temps zéro) et le chariot à billes 13, pendant qu'il est mis en cir- culation, une vitesse uniforme par sa vis 14 vers l'extrémité à grand diamètre du cône 1, passera par les positions successives correspondant à t1, t2. tn, à des accroissements égaux de temps ¯t, et tn sefa égal à n¯t.
A n'importe quelle position de temps, c'est-à-dire celle correspondant à tr, une rotation donnée du cône 1 amènera le cylindre 2 à tourner d'un angle plus grand qu'il ne l'a fait à la position du temps correspondant à to et l'excès de rotation peut être écrit ktr, où k est une constante dépendant de l'angle du cône 1 et tr est égal à r¯ t.
Cet excès de rotation du cylindre 2 par rapport à la rotation du cône 1 peut être mesuré par les marques d'index 8 et 11 sur les disques 7 et 10 respectivement (comme on
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l'a représenté aux fig. 1 et 2) bien que d'autres indicateurs couplés au cône 1 et au cylindre 2 puissent être disposés côte à côte dans le même but, tels que par exemple deux échelles rectilignes ou un anneau entourant un autre anneau, pourvu que dans toutes ces dispositions utilisées, on ait pris la précaution nécessaire de voir que les deux indicateurs se déplacent dans la même direction pour n'importe quel mouvement particulier du cône 1.
Le cône 1 peut être considéré comme étant relié à un type quelconque d'engrenage pour le mesurage de la valeur, subissant des fluctuations, de la variable dépendante, par exemple une quantité a de façon que pendant les intervalles de temps t1 t0, t2 -il, tn -5(n-1) ...... (1) dont chacun est égal à ¯t, les rotations successives du cône 1 seront a1 -a0 ,a2 -!il' an -a(n-1 .......
(2)
Les rotations correspondantes du cylindre 2 seront
EMI5.1
(.1 -sâ,p)(1 + ht)3 (a2 -al)(1 + 2t )...( -an¯1)(1 + ruz et seront plus grandes en amplitude que les rotations du c8ne 1 auxquelles elles correspondent, la différence représentée par les marques d'index 8 et 11 étant proportionnelle à la somme des différences (3) c'est-à-dire
EMI5.2
(ai -%¯o)4t + (a2-al) 2 Al + (.ê:.3 -â2 )3601 ... +(a¯n -ân-l )nAt... (4) et ce qui peut s'écrire
EMI5.3
-at -âlA1-â2 .........-an-1 Ai + an na .........
(5)
A la fin de l'opération décrite plus haut, le chariot à billes 13 sera dans la position correspondante à tn
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etcomme toute rotation du cône 1 sera multipliée par 1 + n¯t. pendant qu'elle est transmise au cylindre 2, un mouvement différentiel sera imprimé aux marques d'index 8 et 11 qui correspondront en amplitude à n¯t fois la rotation du cône 1.
De plus, si le cône 1 est tourné vers l'arrière vers la position correspondant à ao (c'est-à-dire la position de départ correspondant à to) avec le chariot à billes 13 dans la position correspondant à tn, l'opération est équivalente à la soustraction (an - ao) n¯t, provenant de la différence (5) mentionnée plus haut.
Par conséquent si la moyenne des valeurs instantanées a1, a1 an, c'est-à-dire une valeur A, doit être déduite si a1 + a2 ..... ¯an al¯t+ a2¯t +an¯t (6) = n n¯t il est seulement nécessaire de faire tourner le cône 1 vers l'arrière à partir de la position fina le (c'est-à-dire la position correspondant à tn, lorsque la valeur instantanée de a est an) d'un angle qui soustraira la quantité correspondante à (n t) fois l'excès de ao sur A; cette quantité est (an-A) qui peut être écrite a1 + a2 ......... + an (7) an
La quantité de laquelle la différence des indicateurs due à la rotation vers l'arrière du cône 1 est réduite, est proportionnelle à (an a1+a2 ....+an) n¯t (8) n ou :
EMI6.1
- 1, -a¯2 p t -2.3Ai ...... - l,p -Ai +an,t .......
( 9 ) qui diffère seulement de la différence (5) des indicateurs à +n¯t cause de la rotation du cylindre 2, de -ao¯t/et comme ¯t peut
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être rendu de plus en plus petit à la fin, à la limite il disparaît de sorte qu'il est possible de déterminer la valeur moyenne A par rotation du mécanisme pour le mesurage de la valeur de fluctuation de la quantité a vers l'arriére jusqu'à ce que les marques d'index 8 et 11 coïncident parce qu'en ce point le mécanisme de mesurage de la quantité a indiquera A comme valeur moyenne pour la période de temps to à tn.
Les fig. 3, 4 et 5 représentent un mécanisme d'intégration du genre décrit plus haut, appliqué à un sextant à bulle, le cône 1 étant couplé au tambour 16 à mouvement lent du réglage précis d'altitude qui peut fournir une fluctuation de 5 par exemple de chaque côté de l'altitude observée.
Dans cette disposition, le chariot à billes 13 avec ses billes 5 est mis en circulation par un mécanisme d'hor' logerie à une vitesse constante et uniforme à partir de la position de départ pendant aussi longtemps que l'observation continue.
Pour l'emploi, en premier lieu on fait la coïnciden- ce sur le sextant, réglage qui n'affecte pas le rapport des marques d'index 8 et 11 l'une par rapport à l'autre parce que les billes 5 du chariot 13 sont dans la position de départ où le rapport de vitesse entre le disque 10 et le disque 7 est égal à l'unité; en second lieu, le mécanisme d'horlogerie est mis en marche et la coïncidence est maintenue tandis que le chariot 13 est mis en mouvement à une vitesse uniforme, pen- dant aussi longtemps qu'on le demande ; troisième lieu,le mécanisme d'horlogerie est arrêté pour terminer l'observation.
Pour les raisons expliquées plus haut, on trouvera lors de l'inspection que lés marques d'index 8 et 11 ne sont plus en correspondance vu qu'elles sont séparées d'un angle et pour évaluer l'altitude moyenne, le tambour 16 à mouvement lent est tourné dans la direction appropriée jusqu'à ce que les marques d'index 8 et 11 soient de nouveau en corres-
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pondance, la valeur de la rotation étant lue sur l'échelle périphérique du tambour 16.
Lorsque les marques d'index 8 et 11 sont de nouveau en correspondance, le mécanisme d'horlogerie est remonté pour ramener le chariot à billes 13 à sa position de départ de manière que l'instrument soit prêt pour l'observation suivante sans autre mise au point ni réglage.
On a mentionné plus haut que pendant le calcul de l'altitude moyenne, le tambour à mouvement lent 16 devait être mis en rotation dans une direction particulière pour amener les marques 8 et Il en correspondance et pour éviter une méthode par essai et erreur, un indicateur à deux couleurs produisant un signal coloré 17 dans la fenêtre 18 est prévu.
Cet indicateur comprend un disque 17 ayant un petit segment coloré blanc et deux segments plus grands, de dimension égale, colorés d'une manière distincte, par exemple vert et orangé respectivement. Ce disque 17 est monté sur un axe excentrique à l'arbre 3 et est avancé par saccades derrière la fenêtre 18 par un pignon qui, une fois au cours de chaque tour de l'arbre 3, vient en prise avec une broche et est ainsi mis en rotation contre la retenue d'un cliquet à ressort, de l'angle de pas d'une dent, par exemple de 45 .
Par ce moyen il est possible de s'assurer si/Le chariot 13 est dans la position de départ, par inspection des marques 8 et 11, et s'il n'y est pas, dans quelle direction le tambour 16 doit être mis en rotation, par l'observation de la couleur exposée dans la fenêtre 18.
Comme la valeur moyenne de l'altitude obtenue est en relation avec la valeur moyenne de la période de temps pendant laquelle l'observation continue, le mécanisme d'horlogerie mettant en circulation le chariot à billes 13, est muni d'une vis sans fin 19 ayant un pas qui est une moitié de celui de la vis 14, cette vis sans fin étant maintenue en prise
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avec un cadran 20 coopérant avec un index 21, comme on l'a représenté en traits interrompus, de façon à indiquer la moitié de cette période de temps.
REVENDICATIONS
1. Mécanisme d'intégration comprenant un cône qui est mis en rotation proportionnellement à la variable dépendante pendant l'lpération d'intégration, des moyens d'indi-' cation de la rotation de ce cône à la fin de l'opération d'intégration, un cylindre tournant à proximité de ce cône pour effectuer un trajet parallèle entre les surfaces rapprochées de ce cône et de ce cylindre, des moyens pouvant tourner librement pour la transmission du mouvement de ce cône vers ce cy- lindre, des moyens pour déplacer d'une manière constante et uniforme ces moyens librement rotatifs le long de ce trajet parallèle, proportionnellement au changement de la variable indépendante, pendant l'opération d'intégration,
et des moyens pour indiquer la rotation de ce cylindre à la fin de l'opération d'intégration.
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"Improvements to integrative mechanisms".
The present invention relates to improved integrating mechanisms and aims to allow, without arithmetic calculation, that the average value of a quantity which varies or which appears to vary around a defined value is given with certainty for an undetermined period of time. feeds quickly and reliably by a robust mechanism of a comparatively simple type.
Another object of the invention is to ensure that the desired result is obtained by the use of a single integrator, which therefore reduces the weight, the mass, the cost price and the risk of error and allows to obtain a compact and safe mechanism which can be easily applied to comparatively light weight instruments which have to be handled in service.
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The present invention consists of an integrator comprising a cone which is rotated proportionally to a dependent variable during the integration operation, means indicating the rotation of this cone at the end of the integration operation, a cylinder rotating nearby of this cone to form a parallel path between the surfaces close to this cone and to this cylinder, means which can rotate freely for the transmission of movement from this cone to this cylinder, means for moving constantly and uniformly these means being able to rotate freely along this parallel path, in proportion to the change of the independent variable, during the integration operation and means for indicating the rotation of this cylinder at the end of the integration operation,
means being provided in certain cases for comparing the quantity of rotations of this cylinder and of this cone.
So that the nature of the present invention can be better understood, it will now be described in relation to the appended drawing, with reference to the letters and numbers indicated in the various figures thereof, in which:
Fig. 1 is a diagram showing a simple mechanism.
Fig. 2 is an end view of FIG. 1.
Fig. 3 is a side elevation of a device suitable for application to a bubble sextant.
Fig. 4 is a plan view of fig 3, viewed in the direction of arrow 4 and
Fig 5 is a partial end view of Fig 3, viewed in the direction of arrow 5.
As shown in FIGS. 1 and 2, a cone 1 and a cylinder 2 are respectively mounted on shafts 3 and 4 (supported in bearings not shown), the axes of which are in the same plane and so that the
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surface of cylinder 2 is parallel to the surface close to cone 1, the cooperation between the surfaces being effected by the balls 5 arranged between these surfaces.
The shaft 3 carries at the small end of the cone 1 a sleeve 6 mounted thereon for free rotation, this sleeve 6 carrying a disc 7 with a radial index mark 8 and a bevel gear 9. The disc 7 rotates relative to the disc 10 while also having a radial index mark 11, fixed to the shaft 3 (for example by the clamping screw shown in fig. 1)
Shaft 3 of cone 1 is coupled to the appropriate part of the machine or instrument so that cone 1 is rotated in proportion to the dependent variable.
The balls 5 are mounted for free rotation, without play or lost movement, in a carriage 13 having circulation means such as the screw 14 (supported in bearings not shown) by which these balls 5 can be moved along the path. parallel between the surfaces close to cone 1 and cylinder 2, to transmit motion from cone 1 to cylinder 2 throughout the circulation.
The two balls 5 are arranged so that the contacts between the surfaces of the cone 1 and a ball 5, between the surfaces of the balls 5 and between the surfaces of a ball 5 and the cylinder 2, are in a straight line lying in the plane containing the axes of cone 1 and cylinder 2.
The shaft 4 of the cylinder 2 carries a conical toothed wheel 15 fixed thereon to cooperate with the conical toothed wheel 9 on the sleeve 6, mounted for free rotation on the shaft 3 of the cone 1, and rotates the sleeve 6 and the disc 7 in the same direction on this side 1, the respective diameters of the bevel gears 15 and 9 being such that when the
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balls 5 are in a chosen position, the discs 7 and 10 rotate at the same speed in the same direction and the radial index marks 8 and 11 will remain in correspondence, thus establishing a starting position for the ball carriage 13 .
Initially, the ball carriage 13 is placed in the starting position with the index marks 8 and 11 in correspondence, and the cone 1 with the disc 10 is rotated so that the index mark 11 has an angular position representing the instantaneous start value of the dependent variable, which turns disk 7 by a similar amount in the same direction and keeps index marks 8 and 11 in correspondence.
During the integration operation, the shaft 3 and the cone 1 are rotated to follow the value of the dependent variable and the carriage 13 is put into circulation (from the starting position) in proportion to the change of the independent variable .
If time is the independent variable, then the starting position can be called a to (i.e. time zero) and the ball carriage 13, while it is being put into circulation, a uniform speed by its screw 14 towards the large diameter end of the cone 1, will pass through the successive positions corresponding to t1, t2. tn, at equal increments of time ¯t, and tn sefa equal to n¯t.
At any time position, i.e. that corresponding to tr, a given rotation of cone 1 will cause cylinder 2 to rotate by a greater angle than it did at position of the time corresponding to to and the excess of rotation can be written ktr, where k is a constant depending on the angle of cone 1 and tr is equal to r¯ t.
This excess of rotation of cylinder 2 over the rotation of cone 1 can be measured by the index marks 8 and 11 on disks 7 and 10 respectively (as we
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represented in fig. 1 and 2) although other indicators coupled to cone 1 and cylinder 2 may be arranged side by side for the same purpose, such as for example two rectilinear scales or a ring surrounding another ring, provided that in all these arrangements used, the necessary precaution has been taken to see that the two indicators move in the same direction for any particular movement of cone 1.
The cone 1 can be considered to be connected to any type of gear for measuring the value, undergoing fluctuations, of the dependent variable, for example a quantity a so that during the time intervals t1 t0, t2 - il, tn -5 (n-1) ...... (1) each of which is equal to ¯t, the successive rotations of cone 1 will be a1 -a0, a2 -! il 'an -a (n-1 .......
(2)
The corresponding rotations of cylinder 2 will be
EMI5.1
(.1 -sâ, p) (1 + ht) 3 (a2 -al) (1 + 2t) ... (-an¯1) (1 + ruz and will be greater in amplitude than the rotations of c8ne 1 to which they correspond, the difference represented by the index marks 8 and 11 being proportional to the sum of the differences (3) that is to say
EMI5.2
(ai -% ¯o) 4t + (a2-al) 2 Al + (.ê: .3 -â2) 3601 ... + (ān -ân-l) nAt ... (4) and what can be written
EMI5.3
-at -âlA1-â2 .........- an-1 Ai + an na .........
(5)
At the end of the operation described above, the ball carriage 13 will be in the position corresponding to tn
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and as any rotation of cone 1 will be multiplied by 1 + n¯t. while it is transmitted to cylinder 2, a differential movement will be imprinted at index marks 8 and 11 which will correspond in amplitude to n¯t times the rotation of cone 1.
In addition, if the cone 1 is turned backwards towards the position corresponding to ao (i.e. the starting position corresponding to to) with the ball carriage 13 in the position corresponding to tn, the operation is equivalent to the subtraction (an - ao) n¯t, coming from the difference (5) mentioned above.
Therefore if the mean of the instantaneous values a1, a1 an, i.e. a value A, must be deduced if a1 + a2 ..... ¯an al¯t + a2¯t + an¯t (6 ) = nn¯t it is only necessary to rotate cone 1 backwards from the fina le position (i.e. the position corresponding to tn, when the instantaneous value of a is an) d 'an angle which will subtract the quantity corresponding to (nt) times the excess of ao over A; this quantity is (an-A) which can be written a1 + a2 ......... + an (7) an
The amount by which the difference of the indicators due to the backward rotation of cone 1 is reduced, is proportional to (an a1 + a2 .... + an) n¯t (8) n or:
EMI6.1
- 1, -ā2 p t -2.3Ai ...... - l, p -Ai + an, t .......
(9) which differs only from the difference (5) of the indicators at + n¯t because of the rotation of cylinder 2, from -aōt / and as ¯t can
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be made smaller and smaller at the end, at the limit it disappears so that it is possible to determine the average value A by rotating the mechanism for measuring the value of fluctuation of the quantity a backwards until 'that the index marks 8 and 11 coincide because at this point the mechanism for measuring the quantity a will indicate A as the average value for the period of time to to tn.
Figs. 3, 4 and 5 show an integration mechanism of the kind described above, applied to a bubble sextant, the cone 1 being coupled to the slowly moving drum 16 of the precise altitude adjustment which can provide a fluctuation of eg 5. on either side of the observed altitude.
In this arrangement, the ball carriage 13 with its balls 5 is circulated by a clockwork mechanism at a constant and uniform speed from the starting position for as long as the observation continues.
For use, in the first place we make the coincidence on the sextant, an adjustment which does not affect the ratio of the index marks 8 and 11 to each other because the balls 5 of the carriage 13 are in the starting position where the speed ratio between the disc 10 and the disc 7 is equal to unity; secondly, the clockwork mechanism is started and the coincidence is maintained while the carriage 13 is set in motion at a uniform speed, for as long as required; third, the clockwork mechanism is stopped to end the observation.
For the reasons explained above, it will be found during the inspection that the index marks 8 and 11 are no longer in correspondence since they are separated by an angle and to assess the average altitude, the drum 16 at slow motion is turned in the appropriate direction until the index marks 8 and 11 are matched again.
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weight, the value of the rotation being read on the peripheral scale of the drum 16.
When the index marks 8 and 11 are in correspondence again, the clockwork mechanism is wound up to return the ball carriage 13 to its starting position so that the instrument is ready for the next observation without further setting. in point or adjustment.
It was mentioned above that during the calculation of the average altitude, the slow moving drum 16 had to be rotated in a particular direction to bring the marks 8 and II into correspondence and to avoid a trial and error method, a A two-color indicator producing a colored signal 17 in the window 18 is provided.
This indicator comprises a disc 17 having a small white colored segment and two larger segments, of equal dimension, colored in a distinct manner, for example green and orange respectively. This disc 17 is mounted on an axis eccentric to the shaft 3 and is jerked forward behind the window 18 by a pinion which, once during each revolution of the shaft 3, engages a spindle and is thus rotated against the retainer of a spring loaded pawl, by the pitch angle of a tooth, for example 45.
By this means it is possible to ascertain whether / The carriage 13 is in the starting position, by inspection of marks 8 and 11, and if not, in which direction the drum 16 should be placed. rotation, by observing the color exposed in window 18.
As the average value of the altitude obtained is in relation to the average value of the period of time during which the observation continues, the clock mechanism putting the ball carriage 13 into circulation is provided with a worm screw 19 having a pitch which is one half of that of the screw 14, this worm being kept in engagement
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with a dial 20 cooperating with an index 21, as shown in broken lines, so as to indicate half of this period of time.
CLAIMS
1. Integration mechanism comprising a cone which is rotated in proportion to the dependent variable during the integration operation, means for indicating the rotation of this cone at the end of the operation of integration, a cylinder rotating close to this cone to perform a parallel path between the near surfaces of this cone and this cylinder, means which can rotate freely for the transmission of the movement of this cone towards this cylinder, means for moving in a constant and uniform manner these freely rotating means along this parallel path, in proportion to the change of the independent variable, during the integration operation,
and means for indicating the rotation of this cylinder at the end of the integration operation.