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La présente invention a pour objet un dispositif pour- l'indication de la position d'organes mobiles, tels que des échelles graduées mobiles de balances ou d'autres appareils de mesure, en vue de la lecture des grandeurs mesurées.
Dans certains cas, on ne désire pas disposer d'une lecture de la position de l'ogane.mobile lui-même, par exemple de l'échelle, mais seulement de l'indication du résultat final de l'opération de mesure, sous forme d'un nombre à plusieurs chiffres, par un procédé optique, par impression sur une bande d'enregistrement ou par tout autre
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procédé approprié.
Une telle indication de valeurs numériques exige une transformation du mouvement de trans- lation ou de rotation de l'échelle en un mouvement corres- pondant du système d'indication* On a constaté que le procédé de transformation le plus favorable est celui qui utilise uné exploration appropriée de l'organe mobile, pendant le mouvement de ce dernier ou lorsque cet organe a atteint sa position définitive, le système d'indication de valeurs numériques étant actionné par le système d'ex- ploration.
On connaît des dispositifs d'indication avec une exploration mécanique de l'échelle mobile ; mais ils pré- sentent un inconvénient : ladite exploration ne peut être effectuée que lorsque ladite échelle a atteint sa position d'équilibre ; en outre, ces systèmes sont de construction compliquée et exigent un grand nombre d'organes de trans- mission et d'autres organes mécaniques. Les procédés d'exploration purement électriques n'ont pas donné non plus de résultats favorables jusqu'ici, notamment en raison de leur précision insuffisante en ce qui concerne la transformation du mouvement ou de la position de l'or- gane mobile en valeurs numériques.
Par contre, les dispo- sitifs d'indication avec exploration optique d'une échelle graduée ou d'un autre support de repères prévu sur l'organe mobile, et avec utilisation d'une source de lumière et d'une cellule photo-électrique, ont permis d'obtenir des résultats favorables. Suivant ces procédés, on ne peut caractériser les différents points du support de repères disposé entre la source de lumière et la cellule photo- électrique que par les, deux caractéristiques "clair/sombre"
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et notamment "blanc/noir" on "transparent/opaque.".
On sai.t que, dans le cas des balances et des autres appareils de mesure, l'indication désirée de la position de l'échelle mobile n'est pas continue mais intermittente, cette dernière comportant un grand nombre de repères ou subdivisions à intervalles égaux (par exemple mille repères).
Suivant un procédé connu, on peut caractériser chacune de ces mille subdivisions d'échelle par une combinaison correspqndante de caractéristiques optiques du genre.
"transparent/opaque" ; cependant, puisqu'il s'agit de caractéristiques binaires, on doit prévoir, pour chaque subdivision d'échelle, au moins 10 caractéristiques indé- pendantes les unes des autres, ce qui rend de tels systèmes très compliqués. L'exploration optique est considérablement plus facile à réaliser, lorsque toutes les subdivisions d'échelle sont caractérisées par des caractéristiques identiques et que l'on compte le nombre de repères corres- pondant au déplacement de l'échelle entre sa position initiale (position "zéro") et sa position de mesure.
Ce procédé de dénombrement, appliqué à l'indication de la position d'une échelle mobile, présente d'importants avantages dans le cas de bon nombre d'appareils de mesure, par exemple dans le cas des balances ; facilité de mise à zéro, possibilité de tarage, etc...'Cependant les pos- sibilités d'application d'un tel procédé sont limitées, étant donné que le dénombrement des repères d'une échelle oscillant autour de sa position de mesure définitive, avant l'immobilisation dans cette dernière, est relative- ment difficile.
On connaît des procédés permettant de résoudre ce
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problème, et dans lesquels on utilise un commutateur in- verseur actionné suivant le sens du mouvement de l'échelle mobile. On peut utiliser, par exemple, des commutateurs actionnés par un mécanisme à friction, ou bien des com- mutateurs comportant une bobine dans laquelle un champ magnétique déterminé par l'organe mobile induit une.tension dont la polarité dépend du sens des mouvements dudit organe.
Tous les systèmes de ce type présentent cependant un in- convénient : lors du changement du sens des mouvements de l'organe mobile, en certains points situés entre deux repères voisins, une perte de signaux de dénombrement risque de se produire, le synchronisme du compteur risque d'être perturbé, à la suite de quoi le résultat final est faussé, la différence pouvant correspondre à une ou plu- sieurs unités (ou subdivisions). La déficience des systèmes mentionnés ci-dessus est due à l'absence d'un élément de synchronisation entre la commutation et le dénombrement.
La présente invention permet de résoudre ce problème et elle a pour objet un dispositif pour l'indication de la position d'organes mobiles, notamment dans les ba- lances, avec utilisation de compteurs électroniques servant au dénombrement de signaux successifs engendrés lors des mouvements de l'organe mobile, ce dénombrement étant réalisé par exploration d'une série de repères prévus sur des supports de repères et par l'adjonction, à la série de repères comptés, d'un signe déterminé par le sens du mou- vement de l'organe précité, ce dispositif comportant, en outre, des moyens permettant d'obtenir la synchronisation du compteur et des mouvements de-l'organe mobile, ledit dispositif étant caractérisé par le fait que le générateur
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Le long de l?échelle 1,
on dispose deux dispositifs d'exploration photo-électrique identiques dont l'un est constitué par un écran ou une grille 2, une source de lumière 3, un système optique comportant des lentilles 4a et 4b, et la cellule photo-électrique 5, tandis que l'autre système d'exploration est constitué par une grille 6, une source de lumière 7, un système de lentilles 8a et 8b et une cellule photo-électrique 9.
Les deux grilles 2 et 6 présentent la même configu ration que 1 échelle 1, c'est-à-dire elles comportent des zones alternatiyes transparentes et opaques de même lar- geur. Lorsque les zones'transparehtes de l'échelle 1 et les zones transparentes de la grille disposée derrière cette échelle se recouvrent dans une mesure plus ou moins grande (voir la position de l'échelle 1 par rapport à la grille 2 sur la Figol), la lumière provenant de la source 3 provoque l'émission d'un signal électrique par la cellule photo-électrique 5.
Par contre, lorsque les zones trans- parentes de l'échelle 1 recouvrent les zones opaques de la grille (voir la position de l'échelle par rapport à la grille 6 sur la Fig.l), la cellule photo-électrique 9 ne reçoit pratiquement pas de lumière et aucun signal électrique n'est émis. Lors d'un mouvement de l'échelle 1 relatif aux deux systèmes fixes d'exploration, les deux cellules 5 et 9 fournissent chacune une série de signaux électriques périodiques correspondant à l'irradiation pério- dique des dites cellules.
Etant donné que l'échelle 1 comporte une graduation régulière basée sur une subdivision de longueur S, et que la graduation ou subdivision des grilles 2 et 6 est identique à celle de l'échelle 1, les
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des signaux de dénombrement et le générateur des signaux déterminant le signe et, enfin, le support de repères, sont disposés de façon telle que 1)s séries de signaux de dénombrement et les séries de signaux indiquant le signe soient synchronisées mais déphasées les unes par rapport aux autres.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description détaillée qui suit et à l'examen des dessins annexés qui représentent, à titre d'exemple non limitatif un mode de réalisation de l'invention. Sur ces dessins :
La Fig.l est un schéma du dispositif d'indication suivant l'invention.
Les Fig.(2a à 2q) montrent les différentes séries de signaux engendrées dans le dispositif de la Fig.l, en fonction des mouvements de l'échelle mobile.
Les Fig. 3 et 4 sont des schémas de branchement de différents montages incorporés au dispositif de la Fig.l.
Dans le mode de réalisation du dispositif d'indica- tion suivant l'invention, représenté sur la Fig.l, une balance comporte au lieu de l'échelle d'indication mobile, (ou en plus de celle-ci) une échelle de repères 1 comportant des subdivisions égales qui sont constituées, par exemple, par des zones de même largeur et alternativement transpa- rentes et opaqués.
Le support de.repères 1 nommé ci-après "l'échelle" se déplace, lors de l'opération de pesage, dans le sens indiqué par la flèche la, mais il oscille autour de sa position définitive ce qui, dans le procédé suivant l'invention, n'a cependant aucune influence dé- favorable sur la précision de l'indication..
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séries de signaux engendrés par les cellules'-:? et 9 sont identiques, en ce qui concerna les intervalles de temps qui séparent les différents signaux successifs. Cependant en faisant varier la distance A qui sépare les deux systèmes d'exploration disposés le long de l'échelle 1, on peut obtenir un déphasage plus ou moins important entre les deux séries de signaux engendrés par les cellules 5 et 9.
Par exemple, lorsque la distance A est un multiple entier de la subdivision d'échelle S, le déphasage entre les deux séries de signaux est nul. Lorsqu'on augmente la distance A d'une fraction de S, on obtient un déphasage entre les deux séries de signaux mentionnés ; par exemple, lorsqu'on augmente A de 1/2 S, ce déphasage correspond exactement à une demi-période.
La Fig.2b représente, en fonction du temps, la quantité de lumière qui atteint la cellule photo-électrique 5 en passant par la grille 2, dans le cas d'un mouvement de l'échelle 1 dans le sens indiqué par la flèche la.
La quantité de lumière correspond aux zones hachurées de la Fig.2b ; dans la position zéro de l'échelle, indiquée sur la Fig.2, la cellule 5 reçoit une quantité de lumière représentant la moitié de la quantité maximum, étant donné que les zones transparentes respectives de l'échelle 1 et de la grille 2 ne se recouvrent qu'à moitié.
Lorsque l'échelle 1 se déplace dans le sens indiqué par la flèche la, la quantité de lumière qui atteint la cellule 5 augmente pour atteindre un maximum, après un déplacement de l'échelle correspondant à 1/4 de S (dest- à-dire après un temps t1), étant donné que les zones transparentes de la grille 2 se trouvent maintenant
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exactement en face des zones transparentes de l'échelle 1.
Lorsque l'échelle continue à se déplacer, la quantité de lumière atteignant la cellule 5 diminue et, après un dé- placement de l'échelle de 1/4 de S, c'est-à-dire au moment t2, la lumière atteignant la cellule représente de nouveau la moitié de la quantité de lumière maximum (comme c'était le cas lorsque l'échelle 1 se trouvait dans sa position zéro) ; au moment t3, la quantité de lumière atteignant la cellule 5 est nulle, étant donné que les zones transpa- rentes de l'échelle 1 se trouvent en face des zones opaques de la grille 2.
Le graphique de l'éclairage périodique de la cellule 5, tel que le montre la Fig.2b, n'est cependant valable que dans le cas où l'échelle 1 se déplace dans le sens indiqué par la flèche la.. En examinant la Fig.2a, on constate qu'en cas de mouvement en sens opposé (c'est-à- dire dans le sens indiqué par la flèche 1b), l'éclairage de la cellule 5 qui, dans la position initiale, correspond, comme mentionné ci-dessus, à la moitié de la quantité maximum de lumière, diminue pour devenir nulle au moment tl, après quoi il augmente de nouveau et atteint son maximum au moment t3.
Par conséquent, le mouvement de l'échelle 1 dans le sens indiqué par la flèche 1b détermine un éclai- rage périodique de la cellule photo-électrique 5 qui est déphasée d'a/2 période par rapport à celui obtenu lors du déplacement de l'échelle dans le sens indiqué par la flèche la ; dans le cas représenté sur la Fig.2, ce décalage correspond à la moitié d'une subdivision d'échelle S. Dans l'intérêt d'une plus grande clarté des dessins, les signaux électriques résultant d'un déplacement de
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l'échelle 1 dans le sens de la flèche la sont représentés en traits pleins, et les signaux obtenus Tors du déplace- ment de l'échelle dans le sens de la flèche 1b sont représentés en pointillés.
Ainsi que le montre la Fig.2a, la grille 6 est décalée par rapport à la grille 2 d'une distance égale à 1/4S ;en réalité, la distance A entre les deux sys- tèmes d'exploration représentera évidemment un multiple entier quelconque nS de la subdivision unitaire S de l'échelle, plus un quart de cette subdivision, donc A = nS + 1/4 S. Par conséquent, la quantité de lumière atteignant la cellule photo-électrique 9 lorsque l'échelle 1 se trouve en position zéro est nulle, étant donné que les zones transparentes de la grille 6 sont entièrement recouvertes par des zones opaques de l'échelle 1. Lorsque cette dernière se déplace dans le sens de la flèche la, il en résulte un éclairage périodique de la cellule 9 tel qu'il est représenté sur la Fig.2c.
En admettant que les cellules 5 et 9 aient des caractéristiques linéaires, en ce qui concerne les va- riations de la tension en fonction de la quantité de lumière atteignant la cellule, on obtient, dans les conducteurs 13 et 14 de la Fig.l, des séries de signaux électriques qui correspondent exactement à l'éclairage périodique tel qu'il est représenté sur les Fig.2b et 2c respectivement.. Cependant, les deux séries d'impul- sions de courant continu, déphasées entre elles d'un quart de période, telles qu'elles sont représentées sur les Figs.2b et 2c, ne sont guère utilisables. L'on a intérêt à utiliser plutôt leurs composantes de courant
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alternatif.
On peut faire apparaître Ces composantes sur les conducteurs 13 et 14 suivant un procédé connu, en utilisant un montage de compensation de courant continu.
On obtient alors, dans les conducteurs 13 et 14, des séries de signaux périodiques qui se situent de part et d'autre de la ligne zéro indiquée par des pointillés sur les Figs. 2b et 2c ; conséquent, les polarités de ces signaux sont alternées ; cependant, les deux séries de signaux sont toujours décalées l'une par rapport à l'autre de 1/4 de période.
La série de signaux du conducteur 13 est transmise à un générateur d'impulsions 15 en vue de la génération d'impulsions rectangulaires. La série de signaux de la Fig. 2b est ainsi transformée en deux séries d'impulsions rectangulaires selon les Figs.2d et 2e ; l'une de ces séries d'impulsions rectangulaires apparaît sur le conduc- teur 18, et l'autre sur le conducteur 19. Ces deux séries d'impulsions sont déphasées l'une par rapport à l'autre d'un temps correspondant à la durée d'une impulsion, et les impulsions des deux séries sont positives. La durée des impulsions est déterminée par les intervalles entre les points où les signaux sur le conducteur 13 atteignent la valeur zéro (Fig.2b) ; l'inclinaison des flancs n'est cependant pas déterminée par ces intervalles, étant donné qu'il s'agit d'impulsions rectangulaires.
Par conséquent, seule la durée des impulsions est déterminée par la vitesse du mouvement de l'échelle 1 par rapport aux systèmes d'exploration.
D'une façon analogue, la série de signaux indiquée sur la Figure 2c apparaissant sur le conducteur 14 est
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transformée par legénérateur d'impulsions 16, en deux séries d'impulsions rectangulaires telles qu'elles sont représentées sur les Figs.2h et 2i et qui apparaissent sur les conducteurs 23 et 24 respectivement ; ces deux séries d'impulsions sont également déphasées l'une par rapport à l'autre, le déphasage correspondant à la durée d'une impulsion entière.
Etant donné que la durée des impulsions rectangulaires sur les conducteurs 23 et 24 est déterminée par l'écart entre les points zéro des signaux sur le conducteur 14, et que les séries de signaux des Figs.2b et 2c sont déphasées l'une par rapport à l'autre, de 1/4 de S, les séries d'impulsions rectangu- laires sur les conducteurs 18 et 23 (Figs. 2d et 2h respectivement) et les séries d'impulsions sur les conduc- teurs 19 et 24 (Figs. 2e et 2i respectivement) sont éga- lement déphasées l'une par rapport à l'autre de 1/4 S.
Le schéma de branchement de la Fig.3 montre un mode de réalisation approprié d'un générateur d'impulsions rectangulaires (15 ou 16) ; cette Figure représente un , montage multivibrateur avec deux états de repos stables (montage Eccles-Jorden), dont le principe est connue L'inversion de la polarité dans le montage multîvibrateur est effectuée par le tube 17 lorsque le potentiel du conducteur 13 ou 14 qui est branché sur la grille du tube 17, passe d'une valeur positive à une valeur négative, ou vice-versa.
La résistance cathodique variable 17a du tube 17 permet de faire varier dans une certaine mesure le potentiel d'inversion appliqué à la grille du tube 17, si.bien qu'il est possible de compenser des irrégularités éventuelles de l'amplitude négative et positive ( par rappr
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à la ligne zéro en pointillés) de la série de signaux selon la Fig.2b ou 2c, et d'adapter le champ de tolérance à l'indication du point zéro, à l'intérieur d'une subdivision unitaire de l'échelle, suivant les besoins de chaque ces particulier.
Ainsi que le montre la Fig.l, chacun des deux conducteurs 18 et 19 sur lesquels apparaissent les séries d'impulsions des Figs. 2d et 2e respectivement, est branché sur un montage de différentiation 20 et 21 res- pectivement qui peut être un montage résistance-capacité tel qu'il est représenté en 20' et 21' respectivement, sur la Fig.4. On sait que par l'utilisation des montages de différentiation de ce type, le flanc avant des impulsions rectangulaires est transformé en impulsion brève positive et le flanc arrière des impulsions rectangulaires, en impulsion brève négative.
On obtient par conséquente à la sortie du montage de différentiation 20, une série d'impulsions telle que le montre la Fig.2f, et à la sortie du montage de différentiation 21, une série d'im- pulsions selon la Figure 2g, lorsque des séries d'impul- sions selon les Figs. 2d et 2c respectivement apparaissent sur les conducteurs 18 et 19 respectivement. Les impul- sions brèves indiquées par les traits pleins correspondent à un mouvement de l'échelle 1 dans le sens indiqué par la flèche la. Lors d'un mouvement de l'échelle 1 dans le sens opposé (sens indiqué par la flèche 1b) on obtient des séries-de signaux déphasées de 180 par rapport aux séries de signaux des Figs.2b et 2d, comme expliqué plus haut.
Par conséquent, dans ce dernier cas, on obtient à la sortie des montages de différentiation 20 et 21
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les impulsions brèves représentées en pointillés.sur les Figs.2f et 2g respectivement ; ces impulsions brèves sont déphasées de 180 par rapport aux impulsions brèves représentées en traits pleins.
Ainsi que le montre la Fig.1, les impulsions brèves obtenues à la sortie du montage de différentiation 20 sont transmises aux deux guichets électroniques 25 et 26. Les impulsions brèves apparaissant à la sortie du montage de différentiation 21 sont transmises aux guichets électroniques 27 et 28. Les guichets 25 à 28 qui sont normalement fermés (c'est-à-dire qui ne laissent normale- ment pas passer les impulsions) ont leurs sorties branchées en parallèle, par groupes de deux, les sorties respectives des guichets 26 et 27 étant reliées au conducteur 29, et les sorties respectives des guichets 25 et 28 étant reliées au conducteur 30.
Les guichets 25 et 28 sont ouverts par le générateur 16 pendant des périodes successives égales à la durée des impulsions rectangulaires émises par ledit générateur ; par conséquent, ces guichets lais- sent passer les impulsions brèves qui apparaissent pendant les périodes en question, à leurs entrées respectives. l'ouverture des guichets 25 et 27 est assurée par l'intermé- diaire du conducteur 23, c'est-à-dire par la série d'im- pulsions rectangulaires représentée sur la Fig.2h.
D'une façon analogue, les guichets 26 et 28 sont ouverts par la série d'impulsions rectangulaires selon la Figure 21, ces dernières étant transmises par le conducteur 24.
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Les gutCMC ce 25 à Óonl. représentés sur la b'ig.4 qui en montre, .;. titre d'exemple, un mode de réalisation approprié ; on voit que chacun des guichets 25' et 28' est essentiellement constitué par une triode 31. Les grilles des triodes des guichets 25' et 26' sont branchées en parallèle, par l'intermédiaire de deux résistances d'entrée, et elles sont alimentées, par l'intermédiaire de la résistance du circuit de différentiation 20', par une tension de polarisation négative, de sorte que seules les impulsions brèves positives peuvent ouvrir lesdits guichets 25' et 26' normalement fermés.
Les tubes 31 des guichets 25' et 26' ne montrent une tension anodique que lorsqu'une impulsion rectangulaire apparaît sur le conducteur 24 ou 23, c'est-à-dire que c'est seulement pendant cet intervalle de temps que ces tubes laissent passer les impulsions brèves positives, apparaissant à leurs grilles respectives, pour les transmettre aux conducteurs 30 et 29, respecti- vement. De même, les grilles des tubes des guichets 27' et 28' sont branchées en parallèle par l'intermédiaire de deux résistances d'entrée et alimentées, par l'intermédiaire de la résistance prévue dans le circuit de différentiation 21', par une tension de polarisation négative, de façon telle que seules des impulsions brèves positives apparaissant à leur grille puissent ouvrir ces guichets, normalement fermés.
Les tubes 31 des guichets 27' et 28' ne possèdent une tension anodique que lorsqu'une impulsion rectangulaire apparatt sur le conducteur 24 ou 23, c'est-à- dire que ces tubes ne laissent passer les impulsions brèves positives apparaissant à leur grille que pondant l'inter- valle de temps correspondant, pour les transmettre aux
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conducteurs 29 ou 30. Grâce à la disposition des guichets décrits ci-dessus, les impulsions brèves positives émises en réponse au mouvement de l'échelle 1 dans le sens de la flèche la ne sont transmises qu'au conducteur 29.
La Fig.2k montre, à titre d'exemple, les impulsions rectangu- laires de commande (Fig.2h) provoquant l'ouverture du guichet 25 et dont la durée est déterminée par la vitesse et la dimension des graduations de l'échelle mobile 1, ainsi que les impulsions brèves (Fig.2f) apparaissant à l'entrée du guichet 25, et la corrélation entre ces deux séries d'impulsions ; on voit sur la figure que les impulsions brèves positives ne peuvent pas parvenir au conducteur 30. La Fig. 2m représente les conditions qui règnent à l'entrée du guichet 26 oùdes impulsions brèves positives (Fig.2f) apparaissent en même temps que des impulsions rectangulaires de commande d'ouverture (Fig.2i) ces impulsions brèves positives parviennent, par conséquent, à la sortie du guichet 26 et sont transmises au conducteur 29.
De même, ainsi que le montre la Fig.2n, le guichet 27 reçoit, pendant la durée des périodes d'ouverture (Fig.2h) des impulsions brèves positives (Fig.2g) à son entrée et les transmet à sa sortie qui est également reliée au conducteur 29. Par contre, le guichet 28 ne reçoit des impulsions brèves positives à son entrée (Fig.2g) que pendant l'intervalle entre deux impulsions de commande d'ouverture (Fig.2i); ces impulsions brèves ne peuvent, par conséquent, pas parvenir à la sortie du guichet 28 et n'atteignent donc pas le conducteur 30.
Il s'ensuit que, sur le conducteur 29, toutes les impulsions positives
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provenant des sorties respectives des guichets 26 et 27 s'additionnent, si bien qu'on ob@ient la série d'impulsions continue représentée sur la Fig.2q, tandis qu'aucun signal n'apparaît sur le conducteur 30.
Par contre, lors d'un mouvement de l'échelle 1 dans le sens indiqué par la flèche 1b, aucune impulsion brèv n'est transmise au conducteur 29, tandis que des impulsion brèves apparaissent sur le conducteur 30, et ceci pour des raisons évidentes, étant donné l'analogie des processus déclenchés respectivement par les mouvements de l'échelle 1, dans le sens de la flèche la et dans celui indiqué par la flèche lb.
Les séries d'impulsions brèves apparaissant sur les conducteurs 29;(Fig.2) et 30 comprennent une impulsion pour chaque repère de l'échelle 1, la vitesse du mouvement de ladite échelle ne déterminant que l'intervalle entre les impulsions, mais non pas la forme ou l'amplitude de ces dernières. Par conséquent, des impulsions apparaissant sur ces conducteurs 29 et 30 peuvent être utilisées en tant qu'impulsions de comptage et elles peuvent servir à la détermination numérique de la position de l'échelle 1.
Par exemple, lorsque l'échelle 1 comporte 1.080 subdivi- sions, donc 500 zones transparentes et 500 zones opaques, et que cette échelle, lors d'une opération de pesage, se déplace à partir de sa position zéro, dans le sens indiqué par la flèche la, jusqu'à ce qu'elle atteigne la 750ème subdivision, revenant ensuite jusqu'à la 680ème subdivision, pour s'immobiliser enfin sur la 700ème subdivision, on obtient d'abord, sur le conducteur 29, exactement 750 impulsions, ensuite, sur le conducteur 30, exactement 65
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impulsions, et enfin, sur le corducteur 29, de nouveau 15 impulsions. La somme algébrique de toutes les impulsions représente le nombre d'impulsions qui correspond à la posi- tion d'équilibre, donc en l'occurence : 750 - 65 + 15 - 700.
L'addition algébrique des impulsions apparaissant sur les conducteurs 29 et 30 respectivement est effectuée par le compteur 22 où un signe positif est adjoint à toutes les impulsions apparaissant sur le conducteur 29, et un signe négatif, à toutes les impulsions apparaissent sur le conducteur 30, bien qu'il s'agisse évidemment, dans le cas des deux conducteurs précités, d'impulsions de tension de polarité identique. Le compteur 22 peut être constitué par un dispositif classique quelconque : on connaît par. exemple des systèmes à montage dit "pas à pas" qui peuvent être actionnés dans un sens de rotation, par les impulsions provenant du conducteur 29, et dans le sens de rotation contraire, par des impulsions provenant du conducteur 30.
On peut aussi utiliser un montage électronique permettant le comptage dans les deux sens ; ces dispositifs sont également pourvus d'une entrée pour les impulsions à additionner et d'une autre entrée pour les impulsions à soustraire. Il n'est pas nécessaire, par conséquent, de cdecrire un dispositif de comptage de ce genre.
La description ci-dessus du procédé suivant l'inven- tion est basée sur l'utilisation d'une échelle comportant des subdivisions égales sur toute son étendue (c'est-à-dire pour tout le domaine de mesure).. Le procédé suivant l'in- vention se prête évidemment aussi à l'indication de la position d'une échelle comportant des subdivisions inégales.
Par ailleurs, les schémas de montage ci-annexés ne sont
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destinés qu'à représenter le principe du dispositif en question. C'est pourquoi les éléments de ces montages couramment utilisés dans le domaine des impulsions électri- ques, tels que les filtres passe-bande, les écrêteurs, les amplificateurs, etc...n'ont pas été représentés.
Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée à l'exemple décrit et représenté ; elle est susceptible de nombreuses variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, sans qu'on s'écarte, pour cela, de l'esprit de l'invention.
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The present invention relates to a device for indicating the position of moving parts, such as movable graduated scales of balances or other measuring devices, with a view to reading the measured quantities.
In some cases, it is not desirable to have a reading of the position of the ogane.mobile itself, for example of the scale, but only of the indication of the final result of the measurement operation, under form of a number with several digits, by an optical process, by printing on a recording tape or by any other means
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appropriate process.
Such an indication of numerical values requires a transformation of the translational or rotational movement of the scale into a corresponding movement of the indication system * It has been found that the most favorable transformation method is that which uses a appropriate exploration of the movable member, during the movement of the latter or when this member has reached its final position, the system for indicating digital values being actuated by the exploration system.
Indication devices are known with a mechanical exploration of the mobile scale; but they have a drawback: said exploration can only be carried out when said scale has reached its equilibrium position; moreover, these systems are of complicated construction and require a large number of transmission members and other mechanical members. The purely electrical exploration methods have not given favorable results so far either, in particular because of their insufficient precision with regard to the transformation of the movement or the position of the mobile organ into numerical values. .
On the other hand, the indicating devices with optical exploration of a graduated scale or of another reference support provided on the movable member, and with the use of a light source and a photoelectric cell , allowed to obtain favorable results. According to these methods, it is only possible to characterize the different points of the marker support arranged between the light source and the photoelectric cell by the two "light / dark" characteristics.
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and in particular "white / black" on "transparent / opaque.".
We know that, in the case of balances and other measuring devices, the desired indication of the position of the sliding scale is not continuous but intermittent, the latter comprising a large number of marks or subdivisions at intervals. equal (for example a thousand marks).
According to a known method, each of these thousand subdivisions of scale can be characterized by a corresponding combination of optical characteristics of the kind.
"transparent / opaque"; however, since these are binary characteristics, for each scale subdivision at least 10 characteristics must be provided which are independent of each other, which makes such systems very complicated. Optical exploration is considerably easier to carry out when all the scale subdivisions are characterized by identical characteristics and when the number of marks corresponding to the displacement of the scale between its initial position (position " zero ") and its measurement position.
This counting method, applied to the indication of the position of a sliding scale, has important advantages in the case of a good number of measuring devices, for example in the case of scales; ease of zeroing, possibility of taring, etc ... 'However, the possibilities of applying such a method are limited, given that the counting of the marks of a scale oscillating around its final measurement position , before immobilization in the latter, is relatively difficult.
There are known methods for solving this
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problem, and in which we use a reversing switch actuated according to the direction of movement of the movable scale. It is possible to use, for example, switches actuated by a friction mechanism, or else switches comprising a coil in which a magnetic field determined by the movable member induces a voltage whose polarity depends on the direction of movement of said member. .
However, all the systems of this type have one drawback: when changing the direction of the movements of the movable member, at certain points situated between two neighboring reference marks, a loss of counting signals may occur, the synchronism of the counter may occur. risk of being disturbed, as a result of which the final result is distorted, the difference being able to correspond to one or more units (or subdivisions). The deficiency of the systems mentioned above is due to the absence of a synchronization element between switching and enumeration.
The present invention makes it possible to solve this problem and its object is a device for indicating the position of moving parts, in particular in scales, with the use of electronic counters serving to count successive signals generated during movement of the device. the movable member, this enumeration being carried out by exploring a series of markers provided on marker supports and by adding, to the series of counted marks, a sign determined by the direction of movement of the 'aforementioned member, this device further comprising means making it possible to obtain the synchronization of the counter and of the movements of the movable member, said device being characterized in that the generator
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Along scale 1,
two identical photoelectric exploration devices are available, one of which consists of a screen or a grid 2, a light source 3, an optical system comprising lenses 4a and 4b, and the photoelectric cell 5, while that the other exploration system consists of a grid 6, a light source 7, a lens system 8a and 8b and a photoelectric cell 9.
The two grids 2 and 6 have the same configuration as the scale 1, that is to say they comprise transparent and opaque alternating zones of the same width. When the transparent areas of scale 1 and the transparent areas of the grid arranged behind this scale overlap to a greater or lesser extent (see the position of scale 1 in relation to grid 2 in Figol), the light coming from the source 3 causes the emission of an electric signal by the photoelectric cell 5.
On the other hand, when the transparent zones of the scale 1 cover the opaque zones of the grid (see the position of the scale with respect to the grid 6 in FIG. 1), the photoelectric cell 9 does not receive virtually no light and no electrical signal is emitted. During a scale 1 movement relating to the two fixed exploration systems, the two cells 5 and 9 each provide a series of periodic electrical signals corresponding to the periodic irradiation of said cells.
Since scale 1 has a regular graduation based on a subdivision of length S, and the graduation or subdivision of grids 2 and 6 is identical to that of scale 1,
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count signals and the generator of the signals determining the sign and, finally, the reference support, are arranged such that 1) s series of count signals and the series of signals indicating the sign are synchronized but phase-shifted one by one compared to others.
The invention will be better understood on reading the detailed description which follows and on examining the appended drawings which represent, by way of non-limiting example, one embodiment of the invention. On these drawings:
Fig.l is a diagram of the indicating device according to the invention.
Figs. (2a to 2q) show the different series of signals generated in the device of Fig.l, depending on the movements of the sliding scale.
Figs. 3 and 4 are connection diagrams of different assemblies incorporated in the device of Fig.l.
In the embodiment of the indicating device according to the invention, shown in Fig. 1, a balance comprises, instead of the movable indicating scale, (or in addition to the latter) a measuring scale. marks 1 comprising equal subdivisions which are formed, for example, by zones of the same width and alternately transparent and opaque.
The reference support 1 hereinafter called "the scale" moves, during the weighing operation, in the direction indicated by the arrow 1a, but it oscillates around its final position which, in the following process the invention, however, has no adverse influence on the precision of the indication.
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series of signals generated by cells'- :? and 9 are identical, as regards the time intervals which separate the different successive signals. However, by varying the distance A which separates the two exploration systems arranged along scale 1, it is possible to obtain a more or less significant phase shift between the two series of signals generated by cells 5 and 9.
For example, when the distance A is an integer multiple of the scale subdivision S, the phase shift between the two series of signals is zero. When the distance A is increased by a fraction of S, a phase shift is obtained between the two series of signals mentioned; for example, when A is increased by 1/2 S, this phase shift corresponds exactly to half a period.
Fig. 2b represents, as a function of time, the quantity of light which reaches the photoelectric cell 5 passing through the grid 2, in the case of a movement of the scale 1 in the direction indicated by the arrow above. .
The amount of light corresponds to the hatched areas in Fig.2b; in the zero position of the scale, shown in Fig. 2, cell 5 receives an amount of light representing half of the maximum amount, since the respective transparent areas of scale 1 and grid 2 do not overlap only half.
When the scale 1 moves in the direction indicated by the arrow la, the quantity of light which reaches the cell 5 increases to reach a maximum, after a displacement of the scale corresponding to 1/4 of S (dest- to- say after a time t1), since the transparent areas of grid 2 are now
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exactly opposite the transparent areas of scale 1.
As the scale continues to move, the amount of light reaching cell 5 decreases and, after a shift of the scale of 1/4 S, i.e. at time t2, the light reaching the cell represents again half of the maximum amount of light (as was the case when scale 1 was in its zero position); at time t3, the amount of light reaching cell 5 is zero, since the transparent areas of scale 1 are opposite the opaque areas of grid 2.
The graph of the periodic lighting of cell 5, as shown in Fig. 2b, is however only valid in the case where the scale 1 moves in the direction indicated by the arrow la .. By examining the Fig. 2a, it can be seen that in the event of movement in the opposite direction (i.e. in the direction indicated by arrow 1b), the lighting of cell 5 which, in the initial position, corresponds, as mentioned above, at half the maximum amount of light, decreases to zero at time t1, after which it increases again and reaches its maximum at time t3.
Consequently, the movement of the scale 1 in the direction indicated by the arrow 1b determines a periodic illumination of the photoelectric cell 5 which is out of phase by a / 2 period with respect to that obtained during the movement of the l 'scale in the direction indicated by the arrow la; in the case shown in Fig. 2, this offset corresponds to half of an S-scale subdivision. In the interest of greater clarity of the drawings, the electrical signals resulting from a displacement of
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the scale 1 in the direction of arrow 1a are shown in solid lines, and the signals obtained during movement of the scale in the direction of arrow 1b are shown in dotted lines.
As shown in Fig. 2a, grid 6 is offset with respect to grid 2 by a distance equal to 1 / 4S; in reality, the distance A between the two scanning systems will obviously represent an integer multiple any nS of the unit subdivision S of the scale, plus a quarter of this subdivision, therefore A = nS + 1/4 S. Therefore, the amount of light reaching photocell 9 when scale 1 is found in position zero is zero, given that the transparent areas of the grid 6 are entirely covered by opaque areas of the scale 1. When the latter moves in the direction of the arrow la, the result is a periodic illumination of the scale. cell 9 as shown in Fig.2c.
Assuming that the cells 5 and 9 have linear characteristics, with regard to the variations of the voltage as a function of the quantity of light reaching the cell, we obtain, in the conductors 13 and 14 of Fig. 1, series of electrical signals which correspond exactly to the periodic illumination as shown in Figs. 2b and 2c respectively. However, the two series of direct current pulses, phase shifted from each other by a quarter period, as shown in Figs.2b and 2c, are hardly usable. It is better to use their current components instead
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alternative.
These components can be made to appear on the conductors 13 and 14 according to a known method, using a direct current compensation circuit.
We then obtain, in the conductors 13 and 14, series of periodic signals which are situated on either side of the zero line indicated by dotted lines in FIGS. 2b and 2c; therefore, the polarities of these signals are alternated; however, the two sets of signals are always offset from each other by 1/4 period.
The series of signals from the conductor 13 is transmitted to a pulse generator 15 for the generation of rectangular pulses. The series of signals in FIG. 2b is thus transformed into two series of rectangular pulses according to Figs.2d and 2e; one of these series of rectangular pulses appears on conductor 18, and the other on conductor 19. These two series of pulses are out of phase with one another by a time corresponding to the duration of a pulse, and the pulses of both series are positive. The duration of the pulses is determined by the intervals between the points where the signals on the conductor 13 reach the zero value (Fig.2b); however, the inclination of the flanks is not determined by these intervals, since they are rectangular pulses.
Therefore, only the duration of the pulses is determined by the speed of movement of the scale 1 relative to the exploration systems.
Similarly, the series of signals shown in Figure 2c appearing on conductor 14 is
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transformed by the pulse generator 16, into two series of rectangular pulses as shown in Figs.2h and 2i and which appear on conductors 23 and 24 respectively; these two series of pulses are also out of phase with respect to one another, the phase shift corresponding to the duration of an entire pulse.
Since the duration of the rectangular pulses on the conductors 23 and 24 is determined by the difference between the zero points of the signals on the conductor 14, and the series of signals of Figs. 2b and 2c are out of phase with each other. to the other, of 1/4 S, the series of rectangular pulses on conductors 18 and 23 (Figs. 2d and 2h respectively) and the series of pulses on conductors 19 and 24 (Figs. . 2e and 2i respectively) are also out of phase with each other by 1/4 S.
The connection diagram of Fig. 3 shows a suitable embodiment of a rectangular pulse generator (15 or 16); this Figure represents a multivibrator assembly with two stable rest states (Eccles-Jorden assembly), the principle of which is known The inversion of the polarity in the multivibrator assembly is carried out by the tube 17 when the potential of the conductor 13 or 14 which is connected to the grid of tube 17, goes from a positive value to a negative value, or vice versa.
The variable cathode resistance 17a of the tube 17 makes it possible to vary to a certain extent the inversion potential applied to the grid of the tube 17, although it is possible to compensate for possible irregularities in the negative and positive amplitude ( by rappr
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to the dotted zero line) of the series of signals according to Fig. 2b or 2c, and to adapt the tolerance field to the indication of the zero point, within a unit subdivision of the scale, according to the needs of each particular.
As shown in Fig.l, each of the two conductors 18 and 19 on which appear the series of pulses of Figs. 2d and 2e respectively, is connected to a differentiation assembly 20 and 21 respectively which may be a resistor-capacitor assembly as shown at 20 'and 21' respectively, in FIG. 4. It is known that by using differentiation arrangements of this type, the leading edge of the rectangular pulses is transformed into a positive short pulse and the trailing edge of the rectangular pulses into a negative short pulse.
There is consequently obtained at the output of the differentiation assembly 20, a series of pulses as shown in Fig. 2f, and at the output of the differentiation assembly 21, a series of pulses according to Figure 2g, when series of pulses according to Figs. 2d and 2c respectively appear on conductors 18 and 19 respectively. The short pulses indicated by the solid lines correspond to a movement of the scale 1 in the direction indicated by the arrow la. During a movement of the scale 1 in the opposite direction (direction indicated by arrow 1b), series of signals phase-shifted by 180 are obtained with respect to the series of signals of Figs.2b and 2d, as explained above.
Consequently, in the latter case, one obtains at the output of the differentiation assemblies 20 and 21
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the short pulses shown in dotted lines on Figs.2f and 2g respectively; these short pulses are 180 out of phase with the short pulses shown in solid lines.
As shown in Fig. 1, the short pulses obtained at the output of the differentiation assembly 20 are transmitted to the two electronic windows 25 and 26. The brief pulses appearing at the output of the differentiation assembly 21 are transmitted to the electronic counters 27 and 28. The counters 25 to 28 which are normally closed (that is to say which normally do not let pulses pass) have their outputs connected in parallel, in groups of two, with the respective outputs of counters 26 and 27. being connected to conductor 29, and the respective outputs of counters 25 and 28 being connected to conductor 30.
The windows 25 and 28 are opened by the generator 16 for successive periods equal to the duration of the rectangular pulses emitted by said generator; consequently, these counters allow the brief pulses which appear during the periods in question to pass to their respective inputs. the opening of the windows 25 and 27 is ensured by the intermediary of the conductor 23, that is to say by the series of rectangular pulses shown in FIG. 2h.
Similarly, the windows 26 and 28 are opened by the series of rectangular pulses according to Figure 21, the latter being transmitted by the conductor 24.
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EMI14.1
The gutCMC this 25 in Óonl. represented on b'ig. 4 which shows,.;. by way of example, a suitable embodiment; it can be seen that each of the counters 25 'and 28' is essentially constituted by a triode 31. The gates of the triodes of the counters 25 'and 26' are connected in parallel, via two input resistors, and they are supplied with power. , via the resistance of the differentiation circuit 20 ', by a negative bias voltage, so that only the short positive pulses can open said windows 25' and 26 'normally closed.
The tubes 31 of the windows 25 'and 26' show an anode voltage only when a rectangular pulse appears on the conductor 24 or 23, that is to say that it is only during this time interval that these tubes leave passing the short positive pulses, appearing at their respective gates, to transmit them to the conductors 30 and 29, respectively. Likewise, the grids of the tubes of the counters 27 'and 28' are connected in parallel via two input resistors and supplied, via the resistor provided in the differentiation circuit 21 ', by a voltage of negative polarization, so that only short positive pulses appearing at their gate can open these windows, which are normally closed.
The tubes 31 of the windows 27 'and 28' only have an anode voltage when a rectangular pulse appears on the conductor 24 or 23, that is to say that these tubes do not allow the short positive pulses appearing at their grid to pass. than by setting the corresponding time interval, to transmit them to the
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conductors 29 or 30. Thanks to the arrangement of the windows described above, the brief positive impulses emitted in response to the movement of the scale 1 in the direction of the arrow 1a are transmitted only to the conductor 29.
Fig.2k shows, by way of example, the rectangular control pulses (Fig.2h) causing the opening of the window 25 and the duration of which is determined by the speed and the size of the graduations of the movable scale. 1, as well as the short pulses (FIG. 2f) appearing at the entrance of the window 25, and the correlation between these two series of pulses; it can be seen from the figure that the short positive pulses cannot reach the conductor 30. FIG. 2m represents the conditions which prevail at the entrance of the window 26 where short positive pulses (Fig.2f) appear at the same time as rectangular opening control pulses (Fig.2i) these short positive pulses therefore reach the exit of the counter 26 and are transmitted to the driver 29.
Likewise, as shown in Fig.2n, the gate 27 receives, during the duration of the opening periods (Fig.2h), brief positive impulses (Fig.2g) at its input and transmits them to its output which is also connected to the conductor 29. On the other hand, the window 28 receives brief positive pulses at its input (Fig.2g) only during the interval between two opening control pulses (Fig.2i); these short pulses cannot, therefore, reach the exit of the counter 28 and therefore do not reach the conductor 30.
It follows that, on conductor 29, all the positive pulses
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from the respective outputs of the counters 26 and 27 add up, so that the continuous series of pulses shown in Fig. 2q is obtained, while no signal appears on the conductor 30.
On the other hand, during a movement of the scale 1 in the direction indicated by the arrow 1b, no brief impulse is transmitted to the conductor 29, while brief impulses appear on the conductor 30, and this for obvious reasons. , given the analogy of the processes triggered respectively by the movements of the scale 1, in the direction of arrow la and in that indicated by arrow lb.
The series of brief pulses appearing on the conductors 29; (Fig. 2) and 30 comprise one pulse for each mark of scale 1, the speed of movement of said scale determining only the interval between the pulses, but not not the shape or the amplitude of the latter. Therefore, pulses appearing on these conductors 29 and 30 can be used as count pulses and they can be used for digital determination of the position of scale 1.
For example, when scale 1 has 1,080 subdivisions, therefore 500 transparent zones and 500 opaque zones, and when this scale, during a weighing operation, moves from its zero position, in the direction indicated by arrow la, until it reaches the 750th subdivision, then returning to the 680th subdivision, to finally come to rest on the 700th subdivision, we first obtain, on conductor 29, exactly 750 pulses, then, on conductor 30, exactly 65
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pulses, and finally, on the cord 29, again 15 pulses. The algebraic sum of all the pulses represents the number of pulses which corresponds to the equilibrium position, so in this case: 750 - 65 + 15 - 700.
The algebraic addition of the pulses appearing on the conductors 29 and 30 respectively is performed by the counter 22 where a positive sign is added to all the pulses appearing on the conductor 29, and a negative sign to all the pulses appearing on the conductor 30 , although it is obviously, in the case of the two above-mentioned conductors, of voltage pulses of identical polarity. The counter 22 can be formed by any conventional device: we know from. example of so-called "step by step" mounting systems which can be actuated in one direction of rotation, by the impulses coming from the conductor 29, and in the opposite direction of rotation, by impulses coming from the conductor 30.
It is also possible to use an electronic assembly allowing counting in both directions; these devices are also provided with an input for the pulses to be added and another input for the pulses to be subtracted. It is not necessary, therefore, to write such a counting device.
The above description of the method according to the invention is based on the use of a scale comprising equal subdivisions over its entire extent (that is to say for the entire measurement range). The method according to the invention obviously also lends itself to indicating the position of a scale comprising unequal subdivisions.
In addition, the attached assembly diagrams are not
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intended only to represent the principle of the device in question. This is why the elements of these assemblies commonly used in the field of electric pulses, such as band-pass filters, limiters, amplifiers, etc., have not been shown.
Of course, the invention is in no way limited to the example described and shown; it is capable of numerous variants, accessible to those skilled in the art, depending on the applications envisaged, without departing, for this, from the spirit of the invention.