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'DETECIIEUR'DE,PETAP,DS'DE, SECURITEP OUR CHEMINS ?DE =BER.
On sait que, dans les chemins de fer, on utilise, comme organes de signalisation annexes, des pétards disposés sur la voie à l'aplomb des signaux d'arrêt fermés, ou destinés à couvrir un chantier ou un train à l'arrêt et dont l'explosion commande au mécanicien d'arrêter son convoi.
Les bruits divers qui se manifestent dans le poste de conduite et plus particulièrement dans la cabine d'une automotrice rendent difficile pour le mécanicien l'aution des explosions de pétards, et plus particu-' lièrement rendent impossible la distinction à faire entre une telle ezplo- sion et la détonation provenant d'un défaut d'allumage du moteur. Il est donc nécessaire de disposer d'un appareil capable de.détecter les explosions de pétards seules et d'appeler la vigilance du mécanicien par l'émission d' un signal déterminé au poste de conduite même.
Cette appareil doit être suf- fisamment sensible pour agir dès qu'une explosion se produit, et cela quelles que soient les conditions du moment, mais ne doit pas fonctionner sous l'ac- tion des trépidations,secousses ou vibrations auxquelles-il peut.être sou- mis sur une locomotive ou une automotrice; il doit, en outre, rester égale- ment insensible à une détonation produite par un défaut éventuel d'allumage du moteur, ainsi qu'à tous les bruits produits par le roulement des voitu- res sur la voie, passages d'éclisses, aiguilles,,etc...
L'invention concerne un dispositif .et un appareil répondant aux exigences ci-dessus, capables de détecter l'onde de pression produite par l'explosion d'un pétard de sécurité et d'actionner ou de déclencher tout sig- nal sonore, visuel ou graphique désiré.
Selon l'invention, l'appareil comprend un disjoncteur électrique présentant un contact commandé par un organe sensible à l'onde de pression
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produite par l'explosion d'un pétard et insensible aux pressions acousti- ques engendrées par les bruits de roulement de la voiture, contact fermant normalement un circuit de détection comprenant la bobiné d'excitation du dis- joncteur et un appareil capable d'actionner un signal placé à proximité du mécanicien, contact qui, en s'ouvrant sous l'action de l'onde de pression, produit le fonctionnement du disjoncteur et celui du signal.
L'organe sensible à l'onde de pression est, de préférence, cons- titué par une membrane ou un piston appliqué, sous l'action d'une force con- venable, contre un contact assurant la fermeture du circuit comprenant la bobine d'excitation du disjoncteur, cette force étant déterminée de telle fa- çon que la rupture du contact ne se produise que lorsque les pressions acous- tiques -agissant sur la membrane ou le piston dépassent.une valeur supérieure à cell'es engendrées par les bruits du roulement, et inférieure à celles pro- duites par l'explosion du pétard.
La force agissant sur la membrane pour assurer la fermeture du circuit d'excitation du disjoncteur peut être engendrée par l'élasticité de ladite membrane, par la tension d'un ressort et, de préférence, par l'action d'un courant électrique circulant à travers une bobine convenablement placée dans un champ magnétique. Dans ce dernier cas, cette force peut être rendue pratiquement indépendante du réglage de la position des contacts et, en outre, il est possible de la supprimer momentanément à partir de la cabine, ce qui permet une vérification facile du fonctionnement de l'appareil.
,Dans un mode de réalisation avantageux de l'invention, le dis- joncteur est construit à la manière d'un haut-parleur dynamique dont la bobi- ne mobile, qui constitue la bobine d'excitation du disjoncteur, repousse la membrane contre un contact monté en série avec ladite bobine, de sorte qu'un déplacement de la membrane, sous l'action d'une onde de pression engendrant des forces suffisantes pour ouvrir momentanément le contact, coupe le circuit de détection comprenant la bobine et le relais, circuit qui ne peut être fermé à nouveau que par l'intervention du mécanicien.
Dans un tel appareil, la réaction élastique de la membrane est très faible vis-à-vis de la force développée par le courant traversant la bo- bine mobile, de sorte que le réglage de la position du point de contact n'a pas besoin d'être précis ce qui est un avantage appréciable, le réglage n' étant pas détruit par l'usure des plots de contact.
Un autre avantage rési- de dans le fait que l'équipage mobile est simple, robuste'et peu coûteux, qu'il est très léger et susceptible de répondre aux impulsions les plus brè- ves,comme de résister efficacementà une explosion se produisant à faible distance. - ' '
Le champ magnétique nécessaire au déplacement de la bobine peut être produit d'une manière quelconque, soit à l'aide d'un aimant permanent, soit à l'aide d'une bobine d'excitation alimentée en courant continu prélevé avantageusement sur la batterie d'éclairage.
Dans le mode de réalisation le plus avantageux, l'agencement est tel que la membrane soit repoussée vers l'extérieur de l'appareil lors- que le courant traverse la bobine mobile. Dans ce cas,pour rappeler la membrane avec plus de sûreté à sa position d'équilibre, on peut fixer à la pointe du cônè une pièce légère en métal paramagnétique qui est attirée par l'aimant lorsque le courant traversant la bobine mobile est coupé; on dispo- sera alors, de préférence, une butée isolante sur le noyau, de telle manière que la membrane vienne, à sa position d'équilibre ou de repos, porter contre ladite butée. Cette butée évite de fatiguer la membrane à l'arrêt et évite le collage de la pièce magnétique sur l'aimant si elle est prévue à l'intérieur de la membrane.
Lorsque l'appareil est destiné à être utilisé sur des lignes électrifiées, on prendra les précautions nécessaires pour éviter la désaiman-
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tation du circuit magnétique par les courants intenses susceptibles de traver- ser les conducteurs du courant de traction. On pourrai par 'exemple, constitu- er l'aimant permanent par le noyau du circuit magnétique, lé pot extérieur constituant la'culasse de ce circuit formant blindage de protection. Pour la même raison et quelle que soit la manière dont le'circuit magnétique est formé, il y aura intérêt à monter l'appareil dans un bottier en fer formant blindage percé de trous pour laisser passer l'onde de pression.
Afin de rendre l'appareil moins sensible aux chocs et aux tré- pidations, on montera, de préférence, en série dans le même boîtier deux ap- pareils analogues, de façon que la membrane de chacun d'eux-'soit repoussée vers la membrane de l'autre lorsque le courant traverse les deux bobines mo- biles, chaque membrane portant un contact connectant en série les deux bobi- nes mobiles de l'appareil.
Il va de soi que le dispositif peut comporter plusieurs appareils analogues montés en série et situés aux points utiles, par exemple à.l'avant et à l'arrière du'train, ou au-dessus lorsqu'il est fait usage notamment de pétards aériens.
La sensibilité de 1''appareil selon l'invention est telle que monté sur une automotrice il peut détecter une explosion de pétard se pro- duisant à 12 mètres de lui avec une membrane ne dépassant pas 6 cm de dia- mètre, alors qu'il reste insensible aux bruits de roulement et aux vibra- tions de la voiture qui le porte, et n'est pas affecté par les détonations dues aux défauts d'allumage du moteur.
La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut,être réalisée, les particularités qui ressortent tant du dessin que . du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention.
La fige 1 est un schéma du dispositif selon l'invention en posi- tion armée ou prêt à fonctionner.
La fig. 2 est un schéma du dispositif de la fig. 1 après fonc- tionnement .
La fig. 3 est une coupe axiale de l'appareil dans le cas où on n'utilise qu'une seule membrane, le champ magnétique étant, en outre, produit par un électro-aimant.
La fig. 4 montre schématiquement la disposition d'un appareil comportant deux membranes agissant dans des directions opposées.
La fig. 5 est une coupe axiale du mode de réalisation préféré de l'appareil.
La fig. 6 est un schéma de montage du dispositif comportant deux détecteurs reliés en série, le relais du type à déclenchement actionnant un avertisseur sonore.
Dans le schéma du dispositif représenté sur la fig. 1,'le dé- tecteur proprement dit est constitué par une capsule manométrique 1, dont la membrane (ou le piston) 2 est repoussée vers 7.'extérieur par un organe
3 traversé par un courant électrique provenant d'une sourcé de tension con- tinue 4. L'organe 3 peut être du type électrodynamique, électromagnétique ou électromécanique et, de préférence., d'un type capable d'exercer une force sensiblement constante et un déplacement relativement grand et sa partie mobile.
La membrane 2 porte, en son centre, un contact-isolé mobile 5 qui, en'l'absence de toute pression extérieure, est maintenu appliqué par l'or- gane 3 contre un contact fixe 6 ; les deux contacts 5 et 6 sont montés en série dans un circuit comprenant la source 4, l'organe 3 et un relais 7 assurant la commande du signal avertisseur. Bien entendu, le fil 8, connecté au contact 5 fixé au centre de la membrane, est un fil souple ne produi- sant pas d'effort de flexion sur celle-ci.
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Sous l'action d'une onde de pression capable de vaincre la force exercée par l'organe 3, la membrane est repoussée vers l'intérieur dé la capsule, le contact mobile 5 quitte le contact fixe 6, ce qui ouvre le cir- cuit dans lequel est monté l'organe 3, le courant électrique traversant le- dit organe s'annule, de sorte que la force qu'il exerce sur la membrane pour appliquer le'contact 5 contre le contact 6 s'annule également., et la mem- brane revient à sa position de repos représentée à la fig. 2 qu'elle ne peut plus quitter tant que le courant ne traverse pas à nouveau l'organe 3. Le courant s'annulant dans le circuit de détection contenant le relais 7, ce der- nier est mis en action et déclenche le fonctionnement du signal placé près du mécanicien (non représenté sur les fig. 1 et 2) qui est ainsi prévenu de l'explosion d'un pétard.
Pour que l'appareil puisse fonctionner à nouveau, il est néces- saire de repousser la membrane à la position représentée fig. 1; ceci peut être obtenu aisément à l'aide d'un interrupteur 9 monté en parallèle sur les 'contacts 5 et 6 et qui permet de fermer momentanément le circuit pour faire passer le courant de la source 4 à travers l'organe 3.
Dans le mode de réalisation représenté sur la fig. 3, la capsule est formée par un circuit magnétique de haut-parleur électrodynamique com- prenant un noyau magnétique 10 fixé dans l'axe d'un pot en fer doux 11 fermé par une plaque 12. Cette dernière est percée d'un trou central dans lequel s'engage le noyau 10; un entrefer annulaire 13 est ainsi ménagé autour du noyau, entrefer dans lequel prend naissance un champ magnétique radial lors- que la bobine d'excitation 14, engagée sur le noyau 10, est parcourue par du courant continu.
La membrane est formée par un cône léger 15 en papier imprégné de'caoutchouc, ou en matière flexible insensible à l'humidité telle que la cellulose régénérée ; porte à la base au moins une ondulation 16 destinée à lui conférer de la souplesse et son bord périphérique est pincé entre la plaque 12 et une bride 17 sur laquelle est fixé un étrier diamétral 18. L'ensemble pot 11, plaque 12 et bride 17 est maintenu assemblé à l'aide de vis et écrous 19.
Au centre de la membrane et vers l'intérieur du cône est fixée la bobine mobile habituelle 23 d'un haut-parleur, cette bobine étant toute- fois faite en un fil capable de laisser passer en permanence un courant d' une intensité voisine de 1 ampère. La fixation de la bobine à la membrane est réalisée à l'aide d'un petit cône léger en métal 20, serré contre la membrane à l'aide d'un plot de contact 21 prenant appui sur le sommet du cône 20 grâce à un fraisage conique 21a, la tige filetée du plot 21 traverse le cône 20, la membrane 15, une rondelle 22 à bord conique et à fond plat contre laquelle l'embase 23a de la bobine mobile est maintenue serrée par un écrou 24.
L'une des extrémités de l'enroulement de la bobine 23 est con- nectée au contact 21, tandis que l'autre'extrémité dudit enroulement est réunie à une borne (non représentée sur la figure). Un fil souple 8 relie, en outre, le plot 21 à une autre borne (non représentée également).
En face du plot 21, un contact fixe isolé 25 est monté de fa- çon réglable dans l'étrier 18. Ce contact 25 est porté par une tige filetée 26 maintenue par un écrou 27 et deux canons isolants 28 dans l'axe d'une douille filetée 29 vissée dans 1'étrier 18. Un écrou de blocage 30 permet d'immobiliser la douille 29 en position de réglage et un autre écrou 31, vissé sur la tige 26, permet de fixer le fil de connexion au contact 25.
Le fonctionnement de ce .dispositif est le suivant :
La bobine d'excitation 14 de l'électro-aimant étant parcourue par du courant continu, un champ magnétique radial prend naissance dans l'en- trefer 13. On règle' la position du contact fixe 25 de manière qu'à ce moment le contact mobile 21 en soit éloigné d'une quantité telle que ce contact 21 ne puisse venir toucher le contact 25 quels que soient les chocs et trépida-
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tions auxquels l'appareil pourra être soumis en service, soit par exemple 2 mm.
Les connexions étant établies selon le schéma.des fig, 1 et 2,.on. ferme l'interrupteur 9 monté entre le fil 8 et le contact 25 (fig. 3), ce qui fait traverser la bobine mobile 23 par un courant continu dont le sens sera choisi de façon que cette bobine soit repoussée-vers l'extérieur (de... gauche à droite sur la fig. 3). ¯.-
Etant donné les déplacements importants que peut prendre l'é- quipage mobile du dispositif décrit, le contact mobile.21 est appliqué contre le contact 25 par une force qui est fonction de l'intensité traversant la bo- bine mobile 23 et du champ magnétique existant dans l'entrefer 13, force qui peut être aussi grande qu'on le désire. On ouvre ensuite l'interrupteur 9, de façon à alimenter la bobine mobile en courant uniquement à travers les contacts 21 et 25, l'appareil est, à ce moment, prêt à fonctionner.
Par des essais, on détermine 1'intensité du courant traversant la bobine mobile né- cessaire pour produire une force de répulsion supérieure aux pressions acous- tiques produites sur la membrane par les bruits de roulement du véhicule portant l'appareil, afin que celui-ci reste insensible à ces bruits de rou- lement ; toutefois cette force de répulsion doit rester inférieure à la pres- sion acoustique qui s'exerce sur la membrane lors du passage de l'onde de pression produite par l'explosion d'un pétard.
Lorsqu'une telle explosion - se produit, la membrane est soumise à une force de compression dirigée de, - droite à gauche, dirigée par conséquent dans le sens opposé à la force de ré- pulsion produite par la bobine 23 et plus importante en valeur absolue; la membrane est donc repoussée momentanément vers l'intérieur de l'appareil, le contact 21 quitte le contact 25, ce qui coupe le courant traversant la bobi- ne mobile, la force de répulsion agissant sur la membrane s'annule et le cir--. cuit électrique dans lequel est monté le relais 7 (fig.1 et 2) est coupé jusqu'à ce que le mécanicien réarme l'appareil en fermant le contact 9.
On peut réaliser un appareil selon l'invention dont le fonctïon- nement est beaucoup plus sûr en prévoyant deux capsules montées en opposition suivant le schéma de la fig. 4. Sur cette figure, deux membranes 32 sont mon- tées parallèlement l'une à l'autre dans un même boîtier 34 percé de trous 35 dans la partie située entre les deux membranes. Au centre de chacune d' elles sont fixés deux petits cônes légers 36, 37 dont le sommet constitue un contact mobile et chaque membrane est attelée à un organe 38 capable de lui transmettre une poussée en direction de l'autre membrane lorsque ledit organe est traversé par un courant électrique continu.
Les bobines des or- ganes 38 sont montées en série dans un circuit comportant une batterie 4 et un relais 7, analogues à ceux de la fige 1, et qui est fermé par les deux contacts mobiles en sens opposés 36 et 37.
Lorsqu'une onde de pression, provoquée par l'explosion d'un pé- tard, traverse l'appareil, chaque membrane est repoussée dans le sens qui l'éloigne de l'autre, de sorte que la distance séparant les deux contacts est doublée, ce qui augmente la sensibilité de 1'.appareil. En outre, les deux capsules étant identiques, l'appareil est pratiquement soustrait aux forces d'inertie susceptibles d'ouvrir accidentellement les contacts 36-37 sous l'action de chocs ou de trépidations, chaque membrane se déplaçant alors dans le même sens que l'autre.
Ceci permet de.réduire notablement les forces appliquant les contacts 36,37 l'un contre l'autre et de limiter pra- tiquement ces forces à celles juste nécessaires pour vaincre les pressions acoustiques dues au roulement,, Un interrupteur 9, monté entre les contacts 36 et 37, permet d'armer l'appareil en fermant temporairement le circuit contenant les organes 38. - ... -
Un mode de réalisation particulièrement avantageux de ce disposi- tif à deux membranes est représenté sur la fig. 5. Les deux capsules de ce dispositif étant aussi identiques que possible, on ne-va en décrire qu'une en détail, la description étant valable pour la seconde qui lui fait face.
Comme dans le cas de la fig. 3, la membrane 32 est formée par
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un cône en papier, ou autre matière' souple, et est fixée, par un anneau 40 sur une plaque 41 faisant partie d'un circuit magnétique de haut-parleur magnétodynamique, dont le champ magnétique est créé, de préférence, par un aimant permanent cylindrique 42 logé à l'intérieur d'un circuit magnétique ménageant entre l'extrémité libre de l'aimant et la plaque 41 un entrefer annulaire 43, dans lequel se meut une bobine mobile 38 solidaire de la mem- brane 32. La membrane porte en son centre un contact 36 (ou 37 pour la se- conde membrane) .analogue au contact mobile 21 de la fig. 3, qui est connec- té par un fil 47 à une extrémité de la bobine mobile 38. Le second fil de sortie de la bobine mobile est réuni à une borne non représentée.
Chaque con- tact 36, 37 est, en outre, relié électriquement à une autre borne égale- ment non représentée.
Les deux capsules fermées chacune par une membrane 32 sont montées dans 1-'axe d'un même boîtier 50, de façon qu'au repos les contacts 36, 37 ' soient l'un en face de l'autre, mais espacés d'une distance qui est fonction de la flexibilité des membranes 32 et des forces exercées par les bobines 38. Le boîtier 50 est en matière paramagnétique et les deux circuits magné- tiques sont isolés l'un de l'autre et du boîtier, les enveloppant entière- ment, -.à l'aide de plaques et d'anneaux isolants appropriés 51 et 52. On réa- lise ainsi un double blindage des aimants permanents 42 qui sont pratique- ment soustraits à toute action de désaimantation extérieure.
A mi-longueur du boîtier 50, des trous 53 sont percés dans sa paroi latérale, afin de per- mettre aux ondes de pression d'atteindre facilement les deux membranes.
On a indiqué ci-dessus que les membranes en papier type "cône" utilisées avaient une réaction élastique très faible vis-à-vis de la force développée par la bobine mobile 38 se déplaçant dans le champ magnétique, ce qui permet d'obtenir une poussée relativement constante sur la membrane.
Cette faible réaction élastique peut, dans certains cas, être un inconvénient capable de réduire la sécurité de fonctionnement de l'appareil. Le disposi-, tif de la fig. 5 comporte un perfectionnement qui remédie à cet inconvénient et qui est le suivant : sur la face plane 48, prévue au- sommet de la membra- ne 32, est fixé un disque de fer doux 54 qui se trouve ainsi placé dans l'axe de l'aimant permanent 42. Lorsqu'aucun courant¯ne traverse la bobine 38, le disque 54 est attiré par l'aimant et cette force d'attraction s'ajou- te, lors de la rupture du circuit électrique, à la réaction élastique de la membrane pour accélérer le rappel de la membrane à sa position de repos.
Afin.déviter que, pendant la période de non fonctionnement, la membrane soit soumise à une traction permanente due à l'aimant attirant le disque 54, une butée 55 en matière isolante est montée à l'extrémité et dans l'axe de l'aimant 42. La longueur de cette butée est telle que la membrane soit à sa position d'équilibre lorsque le disque 54 prend appui sur elle.
L'appareil qui vient d'être décrit peut être monté sur une au- tomotrice ou sur un train selon le schéma de la fig. 6, dans lequel on a pré- vu deux détecteurs identiques G50 et D50 situés aux emplacements convenables, par exemple à l'avant et à l'arrière de la voiture ou du train, reliés à la cabine par un circuit à trois fils.
La batterie est'reliée aux bornes + et - situées à droite de la partie inférieure du schéma; le circuit de détection comprend, en partant de la borne +, un interrupteur général 56, le fil 57 dans lequel est intercalé l'enroulement du relais 7 et aboutissant à l'un des dé- tecteurs G50, les deux bobines 38 de ce détecteur montées en série avec 'les contacts 36 et 37, le fil 58 connectant à travers la'cabine les détecteurs G50 et G50, les deux bobines 38a du détecteur D50 montées en série avec les contacts 36a et 37a de ce détecteur et enfin le fil.de retour 59 relié au pôle - de la batterie.
Le relais 7, prévu sur le schéma de la fig: 6, est du type à dé- clenchement, maintenant son armature¯60 collée lorsqu'il est parcouru par du courant et la laissant retomber lorsque le circuit est coupé. Lorsque tel est
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le cas, l'armature 60 ferme l'interrupteur 61 monté dans le circuit compre- nant à partir du pôle + de la batterie l'interrupteur général 56, le fil 62, l'interrupteur 61, le fil 63, l'avertisseur sonore 64 et le fil de retour 65 relié au pôle - de la batterie.
On conçoit dès lors que lorsque le circuit de détection a été coupé par suite du fonctionnement de l'un des détecteurs D50 ou D50 ou des deux, le relais 7 actionne l'avertisseur 64 qui ne peut être arrêté que'par l'intervention du mécanicien réarmant le dispositif;,' '
Le mécanisme de réarmement est le suivant sur la 'tige 66 sont montés deux taquets 68 et 69 effectuant respectivement la fermeture de deux interrupteurs 70 et 71 lorsqu'on appuie sur le bouton-poussoir 67 prévu à 1' extrémité de cette tige.
L'interrupteur 70 est branché en parallèle sur les contacts 36 et 37 du détecteur G50 par l'intermédiaire des fils 72, 58 et 73, tandis que l'interrupteur 71 est branché en parallèle sur les contacts 36a et 37a du détecteur D50 par l'intermédiaire des fils 74, 59 et 75. L'inter= rupteur général étant fermé, pour armer le dispositif il suffit de presser sur le bouton 67 ; cette manoeuvre, le circuit de détection est-fermé momentanément par-les interrupteurs 70 et 71, ce qui assure l'excitation du relais 7 qui attire son armature 60, l'interrupteur 61 s'ouvre, ce qui met hors circuit l'avertisseur 64, les bobines 38 et 38a des détecteurs sont par- courues par le courant de détection, de sorte que les contacts 36-37 et 36a-
37a se ferment;
à ce moment, on cesse de presser sur le bouton 67 qui, en revenant à sa position de'repos, ouvre les interrupteurs 70 et 71, le dispo- sitif est alors prêt à fonctionner.
On notera que l'installation du dispositif selon l'invention est particulièrement simple, puisqu'il suffit de poser les détecteurs aux endroits choisis du train, ou de l'automotrice, et de relier chacun d'eux au tableau situé dans le poste de commande à l'aide de trois fils. Sur la fige 6, 'on a représenté en trait gras les deux groupes de trois fils réunissant les dé- tecteurs au tableau, toutes les autres connexions représentées en trait fin font partie du tableau.
Il va de soi que l'on peut apporter des modifications aux détec- teurs et au dispositif qui viennent d'être décrits, notamment par substitu- tion de moyens techniques équivalents, sans sortir pour cela du cadre de la présente invention. En particulier, le perfectionnement qui consiste à pré- voir un disque en métal paramagnétique au sommet dé la membrane et une butée contre laquelle ce disque vient reposer lorsque le circuit de la bobine mo- bile est coupé pourrait être utilisé avec tout autre agencement que celui décrit en-regard de la fig. 5, et notamment dans le cas où le champ magné-. tique serait produit par un électro-aimant ainsi qu'il est prévu fige 3.
De même, bien que.le montage décrit.en regard de la fig. 6 ne comporte que trois fils pour relier chaque détecteur au tableau, on pourrait utiliser un autre montage, à quatre fils par exemple, les'circuits de détection et d' armement pouvant être complètement séparés. Il va de soi également que l'on peut adjoindre au montage représenté par le schéma' de la fige 6 tous appa- reils accessoires jugés utiles ou nécessaires au bôn fonctionnement'ou à la sécurité, tels que lampes témoins, interrupteurs'de contrôle du fonction- nement avec ou sans capacités shuntées, etc...
On voit que le détecteur de pétards qui vient'd'être*.décrit, bien que d'une construction particulièrement simple, offre une'très grande facilité de réglage du poste de conduite lui-même, puisqu'il suffit de mo- difier l'intensité du courant traversant les bobines mobiles pour faire va- rier la force maintenant appliqués les contacts assurant la fermeture du circuit de détection. En outre, grâce à l'action' de rappel exercée sur la membrane par le disque paramagnétique qu'elle porte, l'ouverture complété des contacts est assurée définitivement dès que ceux-ci ont décollé sous l'action d'une onde de pression suffisante, tandis que le montage en oppo- sition de deux membranes identiques-rond l'appareil pratiquement insensible aux vibrations et aux trépidations.
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'DETECIIEUR'DE, PETAP, DS'DE, SECURITEP OUR PATHS? DE = BER.
We know that, in the railways, firecrackers placed on the track in line with the closed stop signals, or intended to cover a building site or a stationary train, are used as ancillary signaling devices and whose explosion commands the mechanic to stop his convoy.
The various noises which appear in the driving position and more particularly in the cabin of a railcar make it difficult for the mechanic to cause explosions of firecrackers, and more particu- larly make it impossible to distinguish between such an ezplo - sion and detonation resulting from a faulty engine ignition. It is therefore necessary to have an apparatus capable of detecting firecracker explosions alone and of calling the vigilance of the mechanic by sending a determined signal to the same driving position.
This device must be sensitive enough to act as soon as an explosion occurs, whatever the conditions at the time, but must not operate under the action of the tremors, jolts or vibrations to which it can. be submissive on a locomotive or railcar; it must, moreover, also remain insensitive to a detonation produced by a possible failure of ignition of the engine, as well as to all the noises produced by the rolling of the cars on the track, passages of fishplates, needles ,, etc ...
The invention relates to a device and an apparatus meeting the above requirements, capable of detecting the pressure wave produced by the explosion of a safety firecracker and of activating or triggering any sound, visual signal. or desired graphic.
According to the invention, the apparatus comprises an electrical circuit breaker having a contact controlled by a member sensitive to the pressure wave.
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produced by the explosion of a firecracker and insensitive to the acoustic pressures generated by the rolling noises of the car, contact normally closing a detection circuit comprising the circuit breaker excitation coil and a device capable of operating a signal placed near the mechanic, a contact which, by opening under the action of the pressure wave, produces the operation of the circuit breaker and that of the signal.
The member sensitive to the pressure wave is, preferably, constituted by a membrane or a piston applied, under the action of a suitable force, against a contact ensuring the closing of the circuit comprising the coil of excitation of the circuit breaker, this force being determined in such a way that the breaking of the contact occurs only when the acoustic pressures acting on the membrane or the piston exceed a value greater than those generated by the noise rolling, and less than those produced by the explosion of the firecracker.
The force acting on the membrane to ensure the closing of the circuit breaker excitation circuit can be generated by the elasticity of said membrane, by the tension of a spring and, preferably, by the action of a circulating electric current. through a coil suitably placed in a magnetic field. In the latter case, this force can be made practically independent of the adjustment of the position of the contacts and, moreover, it is possible to momentarily remove it from the cabin, which allows easy verification of the operation of the apparatus.
In an advantageous embodiment of the invention, the circuit breaker is constructed in the manner of a dynamic loudspeaker, the moving coil of which, which constitutes the excitation coil of the circuit breaker, pushes the membrane against a contact mounted in series with said coil, so that a displacement of the membrane, under the action of a pressure wave generating forces sufficient to momentarily open the contact, cuts off the detection circuit comprising the coil and the relay, circuit which can only be closed again by intervention of the mechanic.
In such an apparatus, the elastic reaction of the membrane is very small against the force developed by the current passing through the moving coil, so that the adjustment of the position of the contact point does not need to be precise which is an appreciable advantage, the adjustment not being destroyed by the wear of the contact pads.
Another advantage resides in the fact that the moving assembly is simple, robust and inexpensive, that it is very light and capable of responding to the shortest impulses, such as effectively resisting an explosion occurring at. short distance. - ''
The magnetic field required to move the coil can be produced in any way, either using a permanent magnet or using an excitation coil supplied with direct current advantageously taken from the battery. lighting.
In the most advantageous embodiment, the arrangement is such that the membrane is pushed out of the apparatus as the current passes through the voice coil. In this case, to return the membrane more safely to its equilibrium position, a light piece of paramagnetic metal can be fixed to the tip of the cone, which is attracted by the magnet when the current passing through the voice coil is cut; an insulating stopper will then preferably be placed on the core, so that the membrane comes, in its equilibrium or rest position, against said stopper. This stopper avoids tiring the membrane when it is stopped and prevents the magnetic part from sticking to the magnet if it is provided inside the membrane.
When the device is intended for use on electrified lines, the necessary precautions will be taken to avoid de-magnetization.
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tation of the magnetic circuit by the intense currents likely to pass through the traction current conductors. For example, the permanent magnet could be formed by the core of the magnetic circuit, the outer pot constituting the yoke of this circuit forming a protective shield. For the same reason and whatever the way in which the magnetic circuit is formed, it will be advantageous to mount the apparatus in an iron casing forming a shielding pierced with holes to allow the pressure wave to pass.
In order to make the apparatus less sensitive to shocks and tremors, two similar apparatuses will preferably be mounted in series in the same housing, so that the membrane of each of them is pushed towards the side. membrane on the other when the current passes through the two moving coils, each membrane carrying a contact connecting in series the two moving coils of the device.
It goes without saying that the device may include several similar devices mounted in series and located at useful points, for example at the front and at the rear of the train, or above when use is made in particular of firecrackers. aerial.
The sensitivity of the apparatus according to the invention is such that, mounted on a railcar, it can detect a firecracker explosion occurring at 12 meters from it with a membrane not exceeding 6 cm in diameter, while it remains insensitive to rolling noises and to the vibrations of the car carrying it, and is not affected by detonations due to engine ignition faults.
The description which will follow with regard to the appended drawing, given by way of non-limiting example, will make it clear how the invention can be implemented, the particularities which emerge both from the drawing and. text forming, of course, part of said invention.
Figure 1 is a diagram of the device according to the invention in the armed position or ready to operate.
Fig. 2 is a diagram of the device of FIG. 1 after operation.
Fig. 3 is an axial section of the apparatus in the case where only one membrane is used, the magnetic field being, moreover, produced by an electromagnet.
Fig. 4 schematically shows the arrangement of an apparatus comprising two membranes acting in opposite directions.
Fig. 5 is an axial section of the preferred embodiment of the apparatus.
Fig. 6 is a circuit diagram of the device comprising two detectors connected in series, the trigger type relay actuating an audible warning device.
In the diagram of the device shown in FIG. 1, 'the detector proper consists of a manometric capsule 1, the membrane (or piston) 2 of which is pushed outwards by a member
3 through which an electric current from a continuous voltage source 4 passes. The member 3 may be of the electrodynamic, electromagnetic or electromechanical type and, preferably, of a type capable of exerting a substantially constant force and a relatively large displacement and its mobile part.
The membrane 2 carries, in its center, a movable insulated contact 5 which, in the absence of any external pressure, is kept applied by the organ 3 against a fixed contact 6; the two contacts 5 and 6 are mounted in series in a circuit comprising the source 4, the component 3 and a relay 7 ensuring the control of the warning signal. Of course, the wire 8, connected to the contact 5 fixed to the center of the membrane, is a flexible wire which does not produce a bending force thereon.
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Under the action of a pressure wave capable of overcoming the force exerted by the member 3, the membrane is pushed back towards the interior of the capsule, the movable contact 5 leaves the fixed contact 6, which opens the circuit. in which the member 3 is mounted, the electric current passing through said member is canceled out, so that the force which it exerts on the membrane to apply the contact 5 against the contact 6 is also canceled. and the membrane returns to its rest position shown in FIG. 2 that it can no longer leave until the current passes through component 3 again. The current being canceled out in the detection circuit containing relay 7, the latter is put into action and triggers the operation of the relay. signal placed near the mechanic (not shown in Figs. 1 and 2) who is thus warned of the explosion of a firecracker.
In order for the appliance to operate again, it is necessary to push the membrane back to the position shown in fig. 1; this can be easily obtained with the aid of a switch 9 mounted in parallel on the contacts 5 and 6 and which makes it possible to temporarily close the circuit to pass the current from the source 4 through the member 3.
In the embodiment shown in FIG. 3, the capsule is formed by a magnetic circuit of an electrodynamic loudspeaker comprising a magnetic core 10 fixed in the axis of a soft iron pot 11 closed by a plate 12. The latter is pierced with a central hole. in which the core 10 engages; an annular air gap 13 is thus formed around the core, an air gap in which a radial magnetic field arises when the excitation coil 14, engaged on the core 10, is traversed by direct current.
The membrane is formed by a light cone 15 of paper impregnated with rubber, or of a flexible material insensitive to humidity such as regenerated cellulose; carries at the base at least one corrugation 16 intended to give it flexibility and its peripheral edge is clamped between the plate 12 and a flange 17 on which is fixed a diametral bracket 18. The pot 11, plate 12 and flange 17 assembly is held assembled using screws and nuts 19.
At the center of the membrane and towards the inside of the cone is fixed the usual voice coil 23 of a loudspeaker, this coil being however made of a wire capable of permanently letting a current of an intensity close to. 1 ampere. The coil is attached to the membrane using a small, lightweight metal cone 20, clamped against the membrane using a contact pad 21 resting on the top of the cone 20 thanks to a conical milling 21a, the threaded rod of the stud 21 passes through the cone 20, the diaphragm 15, a washer 22 with a conical edge and a flat bottom against which the base 23a of the voice coil is held tight by a nut 24.
One end of the winding of the coil 23 is connected to contact 21, while the other end of said winding is joined to a terminal (not shown in the figure). A flexible wire 8 further connects pad 21 to another terminal (also not shown).
Opposite the stud 21, an insulated fixed contact 25 is mounted in an adjustable manner in the bracket 18. This contact 25 is carried by a threaded rod 26 held by a nut 27 and two insulating bushes 28 in the axis of a threaded sleeve 29 screwed into the yoke 18. A locking nut 30 makes it possible to immobilize the sleeve 29 in the adjustment position and another nut 31, screwed on the rod 26, allows the connection wire to be fixed to the contact 25.
The operation of this device is as follows:
Since the excitation coil 14 of the electromagnet is traversed by direct current, a radial magnetic field arises in the gap 13. The position of the fixed contact 25 is adjusted so that at this moment the movable contact 21 is removed from it by a quantity such that this contact 21 cannot come into contact with the contact 25 whatever the shocks and trepida-
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to which the device may be subjected in service, for example 2 mm.
The connections being established according to the diagram of figs, 1 and 2, .on. closes switch 9 mounted between wire 8 and contact 25 (fig. 3), which causes a direct current to pass through the voice coil 23, the direction of which will be chosen so that this coil is pushed outward ( from ... left to right in Fig. 3). ¯.-
Given the large displacements that the mobile equipment of the device described can take, the mobile contact 21 is applied against the contact 25 by a force which is a function of the intensity passing through the mobile coil 23 and of the magnetic field. existing in the air gap 13, a force which can be as great as desired. Switch 9 is then opened, so as to supply the mobile coil with current only through contacts 21 and 25, the apparatus is, at this moment, ready to operate.
By tests, the intensity of the current flowing through the voice coil necessary to produce a repulsive force greater than the acoustic pressures produced on the membrane by the rolling noises of the vehicle carrying the device, is determined, so that it it remains insensitive to these rolling noises; however, this repulsive force must remain lower than the acoustic pressure exerted on the membrane during the passage of the pressure wave produced by the explosion of a firecracker.
When such an explosion - occurs, the membrane is subjected to a directed compressive force of, - right to left, therefore directed in the opposite direction to the repulsive force produced by the coil 23 and greater in value. absolute; the membrane is therefore momentarily pushed back towards the interior of the device, the contact 21 leaves the contact 25, which cuts off the current passing through the moving coil, the repulsive force acting on the membrane is canceled and the cir- -. electric heater in which relay 7 (fig. 1 and 2) is mounted is switched off until the mechanic resets the appliance by closing contact 9.
An apparatus according to the invention can be produced, the operation of which is much safer, by providing two capsules mounted in opposition according to the diagram of FIG. 4. In this figure, two membranes 32 are mounted parallel to each other in the same housing 34 pierced with holes 35 in the part located between the two membranes. At the center of each of them are fixed two small light cones 36, 37 whose top constitutes a movable contact and each membrane is coupled to a member 38 capable of transmitting a thrust to it in the direction of the other membrane when said member is crossed. by a direct electric current.
The coils of the organs 38 are connected in series in a circuit comprising a battery 4 and a relay 7, similar to those of the pin 1, and which is closed by the two contacts movable in opposite directions 36 and 37.
When a pressure wave, caused by the explosion of a late, passes through the device, each membrane is pushed back in the direction away from the other, so that the distance separating the two contacts is doubled, which increases the sensitivity of the apparatus. In addition, the two capsules being identical, the device is practically withdrawn from the inertia forces liable to accidentally open the contacts 36-37 under the action of shocks or tremors, each membrane then moving in the same direction as the other.
This makes it possible to significantly reduce the forces applying the contacts 36, 37 one against the other and to practically limit these forces to those just necessary to overcome the acoustic pressures due to the bearing. A switch 9, mounted between the contacts 36 and 37, allows the device to be armed by temporarily closing the circuit containing components 38. - ... -
A particularly advantageous embodiment of this device with two membranes is shown in FIG. 5. The two capsules of this device being as identical as possible, we will only describe one in detail, the description being valid for the second opposite it.
As in the case of fig. 3, the membrane 32 is formed by
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a cone of paper, or other flexible material, and is fixed, by a ring 40 on a plate 41 forming part of a magnetic circuit of a magnetodynamic loudspeaker, the magnetic field of which is created, preferably, by a permanent magnet cylindrical 42 housed inside a magnetic circuit forming between the free end of the magnet and the plate 41 an annular gap 43, in which moves a mobile coil 38 integral with the membrane 32. The membrane carries at its center a contact 36 (or 37 for the second membrane). analogous to the movable contact 21 of FIG. 3, which is connected by a wire 47 to one end of voice coil 38. The second voice coil lead wire is joined to a terminal not shown.
Each contact 36, 37 is furthermore electrically connected to another terminal also not shown.
The two capsules each closed by a membrane 32 are mounted in 1-axis of the same housing 50, so that at rest the contacts 36, 37 'are facing each other, but spaced apart. a distance which is a function of the flexibility of the membranes 32 and of the forces exerted by the coils 38. The housing 50 is made of paramagnetic material and the two magnetic circuits are isolated from each other and from the housing, enveloping them entirely -. with the aid of suitable insulating plates and rings 51 and 52. This provides a double shielding of the permanent magnets 42 which are practically immune to any external demagnetization action.
Halfway along the housing 50, holes 53 are drilled in its side wall, in order to allow the pressure waves to easily reach the two membranes.
It has been indicated above that the "cone" type paper membranes used had a very low elastic reaction to the force developed by the voice coil 38 moving in the magnetic field, which makes it possible to obtain a relatively constant thrust on the membrane.
This weak elastic reaction can, in certain cases, be a drawback capable of reducing the operational safety of the device. The device of FIG. 5 includes an improvement which overcomes this drawback and which is as follows: on the flat face 48, provided at the top of the membrane 32, is fixed a soft iron disc 54 which is thus placed in the axis of the permanent magnet 42. When no current ¯ passes through the coil 38, the disc 54 is attracted by the magnet and this force of attraction is added, during the rupture of the electric circuit, to the elastic reaction of the membrane to accelerate the return of the membrane to its rest position.
In order to avoid that, during the period of non-operation, the membrane is subjected to a permanent traction due to the magnet attracting the disc 54, a stop 55 of insulating material is mounted at the end and in the axis of the magnet 42. The length of this stop is such that the membrane is in its equilibrium position when the disc 54 bears on it.
The apparatus which has just been described can be mounted on a motor or on a train according to the diagram of FIG. 6, in which provision has been made for two identical detectors G50 and D50 situated at suitable locations, for example at the front and at the rear of the car or train, connected to the cabin by a three-wire circuit.
The battery is connected to the + and - terminals located to the right of the lower part of the diagram; the detection circuit comprises, starting from the + terminal, a general switch 56, the wire 57 in which is interposed the winding of the relay 7 and ending in one of the detectors G50, the two coils 38 of this detector mounted in series with 'the contacts 36 and 37, the wire 58 connecting through the cabin the detectors G50 and G50, the two coils 38a of the detector D50 mounted in series with the contacts 36a and 37a of this detector and finally the wire. return 59 connected to the - pole of the battery.
The relay 7, provided in the diagram in fig: 6, is of the tripping type, keeping its armaturē60 stuck when it is carrying current and letting it drop when the circuit is cut. When such is
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In this case, the armature 60 closes the switch 61 mounted in the circuit comprising, from the + pole of the battery, the general switch 56, wire 62, switch 61, wire 63, the buzzer 64 and the return wire 65 connected to the - pole of the battery.
It will therefore be understood that when the detection circuit has been cut as a result of the operation of one of the detectors D50 or D50 or of both, the relay 7 actuates the alarm 64 which can only be stopped by the intervention of the mechanic rearming the device ;, ''
The reset mechanism is as follows on the 'rod 66 are mounted two tabs 68 and 69 respectively effecting the closing of two switches 70 and 71 when pressing the push button 67 provided at 1 end of this rod.
Switch 70 is connected in parallel to contacts 36 and 37 of detector G50 through wires 72, 58 and 73, while switch 71 is connected in parallel to contacts 36a and 37a of detector D50 through l 'Intermediate son 74, 59 and 75. The switch = main switch being closed, to arm the device just press button 67; This maneuver, the detection circuit is momentarily closed by the switches 70 and 71, which ensures the excitation of the relay 7 which attracts its armature 60, the switch 61 opens, which turns off the alarm 64, the coils 38 and 38a of the detectors are carried by the detection current, so that the contacts 36-37 and 36a-
37a close;
at this moment, you stop pressing the button 67 which, returning to its rest position, opens the switches 70 and 71, the device is then ready to operate.
It will be noted that the installation of the device according to the invention is particularly simple, since it suffices to place the detectors at the chosen locations of the train, or of the railcar, and to connect each of them to the switchboard located in the control station. control using three wires. In Fig. 6, the two groups of three wires connecting the detectors to the board have been shown in bold lines, all the other connections shown in thin lines form part of the table.
It goes without saying that modifications can be made to the detectors and to the device which have just been described, in particular by substituting equivalent technical means, without going beyond the scope of the present invention. In particular, the improvement which consists in providing a paramagnetic metal disc at the top of the membrane and a stop against which this disc comes to rest when the circuit of the mobile coil is cut could be used with any other arrangement than that. described with reference to FIG. 5, and in particular in the case where the magnetic field. tick would be produced by an electromagnet as it is expected to freeze 3.
Likewise, although the assembly described with regard to FIG. 6 has only three wires to connect each detector to the board, another assembly could be used, for example with four wires, the detection and arming circuits being able to be completely separated. It also goes without saying that we can add to the assembly represented by the diagram 'of fig 6 any accessory devices deemed useful or necessary for proper operation' or safety, such as indicator lights, switches' to control the. operation with or without shunted capacitors, etc ...
It can be seen that the firecracker detector which has just been described, although of a particularly simple construction, offers very great ease of adjustment of the driving position itself, since it suffices to modify the intensity of the current flowing through the moving coils to vary the force now applied to the contacts ensuring the closing of the detection circuit. In addition, thanks to the return action exerted on the membrane by the paramagnetic disc that it carries, the completed opening of the contacts is definitely ensured as soon as they have taken off under the action of a pressure wave. sufficient, while the mounting in opposition of two identical membranes-round the device practically insensitive to vibrations and tremors.