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L'invention se rapporte à des dispositifs transducteurs à cordes vibrantes pour la conversion de forces en effets ou signaux électriques, et plus particulièrement à des accéléromètres de ce type.
On a déjà proposé d'utiliser, dans un tel dispositif, une corde ou un fil métallique maintenus sous tension variable par la force à mesurer. Dans.le cas des accéléromètres, la force agissant sur le fil est due à la réaction d'une masse à une force non équilibrée qui produit une accélération de cette masse, celle- ci étant fixée à une extrémité dudit fil de façon à provoquer une augmentation et une diminution de sa tension. Puisque la fréquence 'de vibration du fil varie suivant la racine carrée de sa tension, il est possible d'étalonner la fréquence de vibration du fil en fonction de la force non équilibrée s'exerçant sur ladite masse,
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et, par suite, en fonction de l'accélération de celle-ci.
Le fil en question est placé dans un champ magnétique et une tension alternative de même fréquence que celle de vibration naturelle du fil est engendrée dans ce dernier. Toute variation légère de la tension du fil provoquée par ladite force non équilibrée à l'origine de l'accélération en question ou par toute autre force appliquée à l'extrémité du fil cause à son tour une variation mesurable de la fréquence du signal de sortie du dispositif considéfé.
De tels dispositifs transducteurs ou de transformation d'énerhie ont l'inconvénient, entre autres, de fournir un signal de sortie dont la fréquence ne varie pas linéairement en fonction de la force appliquée et qui est perturbé, dans une certaine mesure, par des forces parasites agissant perpendiculairement à l'axe du fil et à la force à mesurer.
Dans certains de ces dispositifs, la corde vibrante métallique est montée sur un support et un autre inconvénient résulte alors de ce que la fréquence du signal de sortie est affectée, dans une certaine mesure, par des variations indésirables de la longueur de ce support, par suite de changements de température, par exemple.'
Afin de maintenir ledit fil métallique (ou corde métallique) en vibration, il est désirable d'y faire passer un courant alternatif, et dans les transducteurs correspondants, la fréquence nominale ou de courant porteur (correspondant à une force appliquée nulle) doit nécessairement être de l'ordre du décuple de la variation de fréquence (l'information étant transmise) sous l'effet d'une force appliquée donnée, d'où il résulte une accentuation, dans les mêmes proportions, des effets indésirables,
dont ceux qui ont été mentionnés, résultant des variations indésirables de la longueur dudit support et des forces parasites agissant perpendiculairement à l'axe du fil unique,
L'un des buts de l'invention est de fournir un
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transducteur perfectionné à corde ou fil métallique plus précis que les transducteurs à fil unique classiques.
L'invention a également pour objet de fournir un transducteur perfectionné à corde ou fil métallique dans lequel la fréquence du signal de sortie présente une variation, en fonction de la force appliquée, se rapprochant davantage de la forme linéaire, et n'est pratiquement pas perturbée par des forces parasites agissant perpendiculairement à l'axe de ladite corde ni par des variations indésirables de la longueur du support de cette corde.
L'invention a plus spécialement pour objectif d'utiliser non pas une seule corde ou fil métallique mais deux cordes ou fils méalliques de façon telle qu'ils soient tous les deux soumis simultanément à la force que l'on désire mesurer, telle que l'inertie ou force de réaction d'une masse. On considère que les fils doivent, de préférence, être alignés de telle façon que la tension de l'un d'eux augmente lorsque la tension de l'autre diminue, en synchronisme avec la force qui leur est appliquée.
Afin qu'un seul signal de sortie résulte des vibrations des deux cordes, l'invention a comme objectif particulier de prévoir deux amplificateurs associés respectivement auxdites cordes et dont les signaux de sortie sont combinés dans un mélangeur de telle sorte qu'un signal unique à la fréquence de battement est obtenu à partir des vibrations des deux cordes.
Les caractéristiques et avantages de l'invention ressorti- ront mieux de la description suivante, concernant des exemples de réalisation préférés de l'invention, en référence au dessin annexé,' dans lequel : la figrre 1 est une vue en coupe d'un accéléromètre ' à corde métallique vibrante selon l'invention ; la figure 2 est un schéma des différents circuits électriques reliés à l'accéléromètre et comportant deux
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amplificateurs ; la figure 3 est un schéma du circuit électrique de l'un des amplificateurs ; et la figure 4 représente, en coupe, une variante de transducteur à cordes métalliques vibrantes selon l'invention.
Les mêmes numéros ce référence désignent des éléments analogues dans les différentes figures.
L'accéléromètre représenté par la figure 1 comporte un bottier 10 formé par deux disques latéraux 11 et'12 séparés par une jante annulaire 13, suivant leur périphérie. 'Les disques 11 et 12 sont percés d'ouvertures 14 en regard dont chacune est limitée par une paroi présentant, dans sa partie extérieure, un rebord 15, U n bloc cylindrique 16 s'introduit, avec jeu, dans lesdite.s ouvertures en regard 14 des disques 11 et 12.
Ce bloc 16 présente une collerette périphérique 17 et est suspendu dans la position représentée,' de façon à ne pas toucher les parois desdites ouvertures centrales 14, à l'aide d'une membrane 18 flexible en forme de couronne, qui est fixée, d'ure part, à la périphérie de la dite collerette 17 et, d'autre part, dans la jante 13 sur un épaulement 19 formé par la surface intérieure de cette dernière. Plusieurs butées 20 et 21 sont fixées respectivement dans lesdits disques 11 et 12 et sont réglées en position de façon à limiter le mouvement de la collerette 17 et du bloc 16 longitudinalement, suivant l'axe des ouvertures'14 des disques 11 et 12.
Deux montures 22 et 23 pour cordes métalliques sont disposées de part et d'autre du boîtier 10. Chacune de ces montures comporte une enveloppe extérieure 24 cylindrique appliquée contre un desdits rebords annulaires 15 et fermée à son extrémité extérieure par un capuchon 25 qui lui'est fixé. Une tige terminale traverse chaque capuchon 25 dont elle est iselée]électriquement;.
Le bloc 16 est pourvu d'une paire de pattes 27 et une fine corde
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métallique vibrante (ou fil métallique vibfant) 28 est fixée à chacune de ces pattes ainsi qu'à l'extrémité intérieure de la tige 26 correspondante de manière à être sous tension, Un aimant
29 semi-circulaire en forme de fer à cheval est disposé dans la monture 22 de telle sorte que ses pôles nord et sud soient très voisins de la corde 28, de part et d'autre de celle-ci, les faces de ces pôles s'étendant parallèlement à cette corde.
La monture'de corde 23, identique à la monture 22,est disposée de l'autre côté du boîtier 10, la corde correspondante
28 étant alignée avec la corde 28 de'la monture 22.
Il est clair que les enveloppes cylindriques 24 desdites montures de corde 22 et 23 forment en fait, avec les disques latéraux 11 et 12 séparés par la jante 13, un châssis servant à la suspension des cordes 28 réunies entre elles par ledit bloc
16, à leur extrémité intérieure ainsi qu'à leur maintien sous tension entre lesdites tiges terminales 26.
La membrane 18 est faite en une matière flexible permettant au bloc de se déplacer librement dans la direction axiale, par, rapport aux dites-montures 22 et 23. Cette membrane est très mince et son épaisseur peut être, par exemple, de
0,025 mm . Le tungstène étiré à froid est une matière appropriée pour la fabrication des fils 28. Un fil fait en cette matière est exempt d'efforts locaux et de déformation permanente progressive sous tension:, et, de plus, la tension s'exerçant sur un tel fil peut atteindre une valeur voisine de la limite d'élasticité sans produire de déformation permanente perceptible. Le fil, également, est très fin et son diamètre peut être de 0,018 mm.
Chacun des fils 28 est maintenu en vibration à une fréquence naturelle, et plus particulièrement à sa fréquence fondamentale, à l'aide d'un amplificateur 31 à réaction. Chacun de ces amplificateurs est relié à un montage électrique en pont
32 dont les résistances 33 et 34 sont reliées par une extrémité,
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au fil de connexion 35. Un fil fixe 35 est connecté, par une extrémité, à la résistance 33 et le fil 28 est relié, par une extrémité, à la résistance 34, ces fils étant reliés à la terre par leur autre extrémité.
Un: tube amplificateur 37 comportant une cathode 38, une grille 39 et une anode 40 est commandée par le montage en pont 32. La cathode 38 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance de polarisation 41, à un cnnducteur de terre 42. L'enroulement primaire 44 d'un transformateur 43 couplant la grille 39 au montage en pont 32 est disposé entre le point de jonction du fil statique 36 et de la résistance 33 et le point de jonction du fil vibrant 28 et de la résistance 34. Une borne ou extrémité de l'enroulement secondaire 45 de ce transformateur est reliée à la grille 39 et sa seconde borne est reliée audit conducteur de terre 42 par l'intermédiaire d'un condensateur 46.
Une tension positive est maintenue entre l'anode 40 et la yterre par une batterie d'accumulateurs 47 ou un autre générateur de courant continu, les bornes de cette batterie étant reliées respectivement au conducteur de terre 42 et à un fil de connexion 48. ladite anode 40 est reliée par l'intermédiaire d'une résistance 49 à ce fil de connexion 48, c'est-à-dire à la borne positive de la batterie 47 .
Un second tube amplificateur (ou partie de tube) 50, comportant une cathode 51, une grille 52 et une anode 53, est connecté de façon à être commandé par le tube 37. La grille 52 est reliée par l'intermédiaire du condensateur de couplage 54 à l'anode 40. La cathode 51 est connectée par l'intermédiaire de la résistance de polarisation 55 au conducteur de terre 42, et la grille est reliée par l'intermédidire d'une résistance 56 à la branche 57. Une résistance 58 est située dans cette branche 57 et relie une extrémité dudit enroulement secondaire 45 de transformateur, c'est-à-dire son point de jonction avec le
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condensateur 46, avec ce qui reste de ladite branche 57. L'anode 53 est reliée au fil de connexion 48 et à une borne de la batterie 47 par l'intermédiaire de la résistance 59.
L'anode 53 est également connectée à la branche 35 qui comporte la résistance 61 et le condensateur 60 et qui est disposée entre le montage en pont 32 et l'anode 53.
Un troisième tube d'amplificateur (ou partie de tube) 62 est commandé par le tube 50 et comporte une cathode 63, une grille 64 et une anode 65. La cathode 63 est reliée par l'inter- médiaire d'une résistance de polarisation 66 au conducteur de terre 42. La grille 64 est reliée, d'une part, par l'intermédiaire d'un. condensateur de couplage 67 à l'anode 53, et d'autre part, par l'intermédiaire de la résistance 68, au conducteur de terre 42.
Le tube 62 alimente un transformateur 69 comportant un enroulement secondaire 71 et un enroulement primaire 7 0 dont les extrémités sont reliées respectivement à l'anode 65 et au fil de connexion 48. Un condensateur 73 relie l'anode 65 à une borne de sortie 72 de l'amplificateur 31 dont l'autre borne de sortie 74. est reliée au conducteur de terre '42.
Les tubes 37 et 50 sont pourvus d'un système'de commande automatique de volume comportant un montage en pont 75 dont les bras sont constitués par les diodes à cristal 76, 77, 78 et 79.
Les extrémités de l'enroulement secondaire 71 de transfo'rmateur sont reliées respectivement au point de jonction des diodes 76 et 78. et au point de jonction des diodes 77 et 79.
Le point de jonction des diodes 76 et 77 est relié au conducteur de terre 42 et le point de jonction des diodes 78 et 79 est relié à la résistance 80, au condensateur 8 et également à la branche 57. La résistance 80 et le condensateur 81 sont également reliés au conducteur de terre 42. Le point de jonction des diodes 78 et 79 est également relié au moyen de la branche 57, à une résistance 82 et à un condensateur 83
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disposé entre la branche 57 et le conducteur de terre 42.
On comprendra que les cathodes 38,51 et 63 peuvent être chauffées au moyen des filaments de types courants par un générateur de courant électrique approprié. Le fil immobile 36 du montage en pont 32 présente de préférence la même résistance statique que le fil 28 et il est disposé de façon à être porté pratiquement à la même température que le fil 28. Ce fil immobile 36 peut être dans le même logement que le fil vibrant 28, mais il doit se trouver en dehors du champ;magnétique de l'aimant 29.
Dans le montage en pont 75, chacune des diodes à cristal 76, 77, 78 et 79 présente une disposition et une orientation'grâce auxquelles le courant redressé part toujours du point de jonction des diodes 76 et 77 et aboutit au point de jonction des diodes 78 et 79, de telle sorte que ce dernier soit de polarité négative par rapport au premier.
Les deux amplificateurs 31 sont reliés à un mélangeur 84 d'un tyme approprié contenant un'ou plusieurs éléments non- linéaires de façon à engendrer des signaux de sortie aux fréquences somme et différence. Ce mélangeur est relié par des connexions de sortie 85 et 86 à un filtre passe-bas 87, Ge filtre passe-bas peut être de tout type courant approprié et présente des bornes de sortie 89 et 90 par l'intermédiaire desquelles il est relié à un fréquencemètre 91 d'un type approprié arbitraire.
Lors de son utilisation, le boîtier 10 de l'accéléromètre est placé de telle façon que les forces dues à l'inertie du bloc 16 tendent à déplacer celui-ci axialement, par rapport aux fils 28, selon l'accélération. La membrane flexible 18 maintient le bloc 16 convenablement centré coaxialement aux fils 28, et les butées 20 et 21 limitent le mouvement axial de ce bloc par rapport aux fils 28.
Si l'on suppose qu'une accélération est appliquée à l'accéléromètre dans un sens, ledit bloc 16 tend à se déplacer
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vers la monture de fil 22 en diminuant la tension du fil 28 dans cette monture 22 et en augmentant simultanément la tension du fil
28 dans la monture 23. De même, lorsque le bloc 16 tend à se déplacer sous l'action d'une force d'inertie en sens opposé, la tenzion du fil 28 dans la monture 22 augmente tandis que la tension de l'autre fil 28 diminue..
Etant donné que la tension d'un des fils 28 augmente et que la tensionde l'autre fil 28 diminue, la fréquence de vibration naturelle du premier croît tandis que celle du second diminue. Chacun des fils 28 est placé dans le champ magnétique entre les pôles 30 d'un des aimants 29; ces fils vibrent d'ans une direction perpendiculaire à leur axe, à une feéquence naturelle suivant un mouvement presque sinusoïdal, une tension alternative à la même fréquence y est engendrée. Le dit bloc 16, en faisant varier la tension des fils 28 en fonction de l'accélération, provoque une variation correspondante de la fréquence de Vibration en question et,par suite, de la fréquence des tensions alternatives induites correspondantes. L'entretien de la vibration des fils,.
28 dans le système représenté est réalisé par l'utilisation de chacun de ces fils dans un oscillateur associé comportant le montage en pont 32 et l'amplificateur 31, correspondants à titre d'impédance servant au réglage de la fréquence d'oscillation.
Il est à remarquer que le bloc 16,qui raccorde les deux fils 28 dans les deux montures 22 et'23, se comporte comme s'il coupait la connexion des deux fils en question et a pour effet d'établir pour ceux-ci un noeud de vibration transversale, de sorte que la fréquence de vibration de chacun des deux fils
28 situés de part et d'autre du bloc 16 est commandée par la tension effective du fil considéré produite, suivant son axe, par la force d'inertie du bloc en question.
Chacun des montages en pont 32, associé à l'un des réaction de fils 28, constitue un filtre qui est utilisé dans un circuit de
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l'amplificateur 31 correspondant: pour faire fonctionner ce dernier en oscillateur. Le réseau 32 associé à chacune desdites montures 22 et 23, et dont l'un des bras est constitué par le fil vibrant 28, forme un pont de 'Wheatstone équilibré dans des conditions statiques, c'est-à-dire si on suppose que le fil-28 ne vibre pas. Les résistances supérieures 33 et 34 ont des valeurs égales et le fil immobile 36 présente la même résistance que le fil vibrant 28, et, de préférence, il doit être indentique à ce fil 28 et s'en différencier par le fait qu'il n'est pas placé dans un champ magnétique.
Etant donné que le montage en pont 32 est équilibré quand le fil 28 ne vibre pas, aucun courant ne traverse le transformateur 43 lorsque le fil 28 est immobile. Quand toutefois le fil 28 vibre dans le champ magnétique entre les pôles 30, une force'contre-électromotrice est induite dans ce fil d'une manière bien connue, de sorte que celui-ci présente une impédance dynamique effective plus grande en valeur absolue que son impédance en régime statique qui déséquilibre ledit montage en pont 32 en permettant alors le passage d'un courant à la fréquence de la vibration dans l'enroulement primaire 44 du transformateur 43.
Le courant de déséquilibre dynamique du montage en pont 32 én traversant ledit enroulement primaire 44 du transforma- teur 43 développe, aux bornes de son enroulement secondaire 45 une tension correspondante qui est appliquée au tube 37 amplifiant celle-ci 'et dont la tension de sortie est appliquée au tube 50 pour être de même amplifiée. Une partie de la puissance de sortie du tube 50 de l'amplificateur en question, développée sur son anode, est appliquée par réaction, audit montage en pont 32 par l'intermédiaire du condensateur 60 et de la résistance 61 de façon à faire circuler un courant alternatif dans ce montage et,en particulier, dans le fil vibrant 28. Ce courant alternatif présente
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une fréquence qui est celle de vibration dudit fil et réalise l'entretien de cette vibration.
Il est indispensable de relier
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JJf:d3-. t ee:men' geu;ndEfJ' 4S- àà liai griL,-Laie z3? c'k. tibe, 37'- dans- le sens qui,. réalise l'excitation du; tube 37 par-une tension
EMI11.2
d1e phase: convenable pS1.'!l1le:'t.tan:Jt 1'entnOE6-±Jen de :Lia:. vihx::o.n;. du: fil 28.
. La puissance de sortie du tube- 50, développée sur son. anode 53, est ensuite amplifiée par le tubé 62 qui développe-,. entre lesdites bornes de sortie 72 et 74, une tension alternatif à la fréquence de la vibration du fil 28 dans ledit montage en pont 32. Les résistances 41, 55 et 66 sont utilisées, comme .il est d'usage, pour polariser convenablement les grilles 39,52 et 64 par rapport aux cathodes 38, 51, et 63 ; lesrésistances 49 et 59 constituent des charges anodiques et les grilles 39, 52 et 54 sont pourvues des résistances de fuite 56, 68 et 58.
Un système de commande automatique de volume est prévus pour limiter le gain des tubes amplificateurs 37 et 50 ainsi que, par suite, la puissance fournie par réaction par l'intermédiaire de la branche 35, au montage en pont 32, dans le but final de limiter l'amplitude de la vibration du fil 28 dudit montage.
L'amplitude de la vibration de chaque fil 28 est limitée afin d'éviter de légères variations de- sa fréquence de vibration qui pourraient se produire avec des amplitudes excessives. Etant donné que chaque fil 28 se trouve dans le champ magnétique constant de l'aimant 29 et que sa vibration est entretenue par un courant alternatif qui le traverse et dont l'intensité de crête est limitée par un système de commande automatique de volume, l'ampli- tude de la vibration du fil en question est elle-même limitée.
Ainsi, chaque fil 28 présente une fréquence de vibration bien déterminée lorsque sa tension est réglée à une valeur donnée, arbitraire d'ailleurs,cette fréquence restant constante après le réglage proprment dit et reprenant la même valeur chaque fois que
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le mune réglage de tension se reprcoduit.
Le système de commande automatique de volume comporte le réseau 75 de diodes de redressement 76,77, 78 et 79 qui forment un montage en pont de redressement à deux alternances.
La tension de sortie du tube 62, développée sur l'anode, est appliquée, après transmission par le transformateur 69, aux bornes d'une diagonale du montage en pont 75, c'est-à-dire entre le point de jonction des diodes 76 et 78 et le point de jonction des diodes 77 et 7 9. La tension de sortie redressée dudit montage en pont 75 est appliquée entre la branche 57 et le conducteur de terre 42 de telle sorte que celle-ci soit portée à un potentiel négatif par rapport à la terre. La tension de sortie redressée de ce montage en pont 75 est filtrée par les résistances 58 et 82 et par les condensateurs 83 et 46 qui présentent une disposition relative selon la pratique courante. La résistance 80 et le condensateur 81 forment la charge de type courant des diodes 76,77, 78 et 79.
Les signaux de sortie des deux amplificateurs 31 attaqués respectivement par les fils vibrants 28 associés'aux deux montures 22 et 23 sont appliqués à un mélangeur 84 qui peut- être d'un type courant, Ce mélangeur 84 développe, à ses bornes de sortie, des tensions aux fréquences sommes et différence suivantes f1 - f2, f1+ 2 ou 2f1 + f2 étant donné l'intermodu- lation qu'il réalise entre les signaux de fréquences f1 et f2 appliqués à ses bornes d'entrée par les amplificateurs 31. Les signaux aux fréquences en question développés entre les bornes ou connexions de sortie 85 et 86 dudit mélangeur sont appliqués à l'entrée d'un filtre passe-bas 87 qui développe,entre ses bornes de sortie 8 9 et 90, seulement un signal à la fréquence de battement f1 - f2.
Le fréquencemètre 91 relié a ces bornes 89 et 90 mesure la fréquence de battement en question f1 - f2.
Lorsque les deux fils 28 sont identiques à tous points
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de vue, y compris au point de vue de leur longueur, la différence entre leurs fréquences de vibration respectives est donnée de manière très précise par la formule suivante :
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fi - f 2 = fa if 11 + . s if s ' !'/ #s#' les expressions sous les radicaux correspondant respectivement aux deux fils 28. Dans cette formule,fo est la fréquence de vibration de chaque fil lorsque l'accélération est nulle, As représente la variation de tension (positive ou négative) proportionnelle à la force appliquée audit bloc 16 et s est la tension initiale des fils 28 lorsque l'accélération et la force appliquée à ce bloc sont nulles.
On peut montrer que, lorsque la fréquence de vibration de l'un des fils augmente par suite d'un accroissement de la tension correspondante tandis que la fréquence associée à l'autre fil diminue par suite d'urie réduction de tension, la variation de la différence entre les fréquencex de vibration des deux fils est pratiquement double de la variation correspondante (en valeur absolue) de la fréquence de vibration de chacun des fils, et les calculs montrent également que la non-linéarité de la variation de ladite différence en fonction de As, qui représente l'écart de tension, est au moins 20 fois plus petite que la non-linéarité de la variation indivicuelle de la fréquence de chaque fil en fonction de As ; lorsque la valeur absolue de As est inférieure à 1/10 environ.
On constate également qu'on élimine la fréquence réelle de vibration de chacun des fils en obtenant la différence de fréquences et que celle-ci est nulle lors de l'annulation de la force extérieure appliquée aux fils en question sous l'effet de ladite accélération suivant leur axe, en supposant que les fils sont identiques et présentent la même longueur.
De plus, en poursuivant l'examen, on constate que, lorsqu'une force passagère de direction perpendiculaire à l'axe
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longitudinal des fils 28 est appliquée audit bloc 16, en supposant que la membrane 18 n'est pas d'une efficacité suffisante pour main- tenir le centrage de ce bloc, la variation de tension As est positive et pratiquement la même pour les deux fils, de sorte que la force passagère en question ne change pratiquement pas la différence entre les fréquences de vibfation des deux fils 28 résultant- de la force désirée qui leur est appliquée par suite de l'inertie du bloc en question.
De même, s'il se produit une variation indésirable de la longueur du support des fils comprenant la longueur du boîteir 10 en même temps que les longueurs des enveloppes 24, par dilatation ou contraction sous l'effet d'une variation de température, la tension varie dans le même sens et pratiquement de la même quantité pour les deux fils, d'où il résulte une variation nulle ou négligeable de la différence entre leurs fréquences de vibration, obtenue avec une accélération donnée ou nulle.
Il est à envisager que l'on peut donner des valeurs inégales à un ou plusieurs des paramètres caractéristiques des seux fils, tels que la longueur, la densité, la surface de section droite et le module d'élasticité de façon à obtenir, par exemple, une différence de fréquences non nulle lorsque la force extérieure appliquée et la force d'inertie due à l'accélération en question sont nulles, et à permettre ainsi la détermination du sens et de l'intensité de la force produisant l'accélération à mesurer au moyen de la valeur de la variation de ladite -différence lors de l'application de la force considérée, ou encore la disposition en question peut être prise pour augmenter le domaine de variation linéaire en question lorsque la force appliquée a un sens bien déterminé.
Il est à remarquer également que l'on ne sort pas du domaine de l'invention en utilisant des fils 28 dont la section droite, au lieu d'être circulaire, peut avoir des formes variées, polygonales par exemple, ou encore ces
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fils peuvent avoir la forme de rubans,et, de plus;, il est également possible de remplacer les cordes métalliques par des cordes faites en une matière non-conductrice recouverte d'une enveloppe conductrice.
On doit également considérer que, bien qu'un bloc 16 soit utilisé entre les deux'montures 22 et 23 dans le vut de faire varier simultanément les tensions des deux fils 28, de part et d'autre de celui-ci, tout autre moyen approprié d'application de la force dont on veut mesurer l'intensité peut être employé à la place de ce bloc pour provoquer simultanément une augmentation de la tension de l'un desdits fils et une diminution de la tension. de l'autre fil lorsque ladite force augmente.
La figure 4 représente un exemple de réalisation de l'invention différenteutilisatun autre moyen d'application de la force à mesurer. Le transducteur de la figure 4 a mie forme correspondant en gros, à celle du dispositif de la figure 1, et il peut être utilisé avec les mêmes circuits électriques, mais il est destinée par contre, à mesurer des différences de pressions de fluides. Le dispositif de la figure 4 comporte deux disques d'embase 92 et 93 et une cloison 94 "pressurisée" intercalée entre eux et qui leur est fixée. Une cavité annulaire 95 est délimitée entre le disque 92 et la cloison 94 par des évidements de leurs faces voisines et une cavité annulaire 96 est creusée dans cette cloison.
Les parties périphériques desdites cavités sont délimitées par une partie membraneuse 97 amincie de la cloison 94 permettant à la partie intérieure de cette cloison de se déplacer axialement par rapport à la partie estérieure.
Le disque latéral 92 présente une partie centrale en ' . forme de manchon 98 reliée à la partie périphérique de ce disque au moyen d'une mince membrane flexible 99 et le disque 93 présente de même un manchon central 100 relié à sa partie périphérique
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au moyen d'une membrane flexible 101. Une tige 102 traverse les ouvertures centrales des disques 92' et 93 et de la cloison 94 et est fixée à la partie centrale de cette dernière ainsi qu'aux manchons 98 et 100.
Les fils 28 correspondant aux montures 22 et 23 sont fixés respectivement aux deux extrémités de la tige 102 et les enveloppes cylindriques 24 de ces montures sont montées sur les épaulements 15 formés dans les disques 92 et 93,de même que pour l'exemple de réalisation de la figure 1.
Un canal 103 d'alimentation en fluide est ménagé dans le disque 92 et est raccordé avec la cavité 95 pour alimenter celle-ci en fluide et il est prévu, dans le disque 93, un canal 104 qui est raccordé avec la cavité 96 pour alimenter celle- ci en fluide.
Dans l'exemple de réalisation représenté par la figure 4, le fluide sous pression est envoyé dans l'une des deux cavités 95 et 96 par le canal intermédiaire 103 ou 104, ou encore ce fluide peut être envoyé simultanément sous des pressions différentes dans ces deux canaux. La présence de fluide sous pression dans la cavité 96 provoque la flexion de la partie membraneuse 97 de la cloison 94 ainsi que le déplacement de la partie centrale'de cette dernière vers la gauche, selon le dessin, d'où il résulte un déplacement correspondant des manchons 98 et 100 ainsi qu'une flexion des parties membraneuses 99 et 101 des disques 92 et 93.
La tige 102 se déplace de la même façon'que ces organes, vers la gauche, selon le dessin, en augmentant la tension du fil 28 fixé à la monture 22 et en réduisant la tension du fil 28 fixé à la monture 23. La présence de fluide sous pression dans la cavité 95, en l'absence d'alimentation en fluide sous pression de la cavité 96, provoque la flexion des parties membraneuses 97,99 et 101 dans le sens opposé, ainsi qu'un déplacement correspondant des manchons 98 et 100 et de la tige 102 vers la droite, selon le dessin, d'où il
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résulte une diminution de la tension du fil 28 fixé à la monture 22 ainsi qu'une augmentation de la tension de l'autre fil
28.
Lorsque le fluide en question est envoyé simultanément sous des pressions différentes dans les cavités 95 et 96, la différence des forces agissant sur la cloison 94, résultant de ces pressions inégales, déplace la tige 102 soit vers la gauche, soit vers la, droite selon la pression la plus grande, et provoque les mêmes augmentation.:.' et diminutions de tension et les mêmes effets de que, . flexion!dans les cas précédents.
Les mêmes circuits électriques que ceux représentés par la figure 2 et la figure 3 sont utilisés avec l'exemple de réalisation de 1'invention illustré par la figure 4 pour mesurer la différence entre les fréquences de vibration des fils
28, de la même façon qu'avec l'exemple de réalisation correspondant à la figure 1, et cette différence de fréquences indique la différence des pressions de fluide appliquées au transducteur.-' de la figure 4.
Les transducteurs perfectionnés décrits utilisent avantageusement une paire de fils métalliques vibrants sous tension à titre d'éléments sensibles qui, lorsqu'ils sont soumis suivant leur axe. à une force appliquée extérieurement, sont à l'origine d'un courant alternatif dont la fréquence est la mesure directe de ladite force appliquée, lesdits transducteurs étant.distincts de ceux qui n'utilisent qu'un seul fil métallique vibrant. En comparaison avec les transcuteurs à fil métallique unique, les trnasducteurs à deux fils selon l'invention produisent ixn signal dont la fréquence présente une variation, en fonction de la force appliquée, qui se rappooche davantage de la loi linéaire.
La fréquence du signal de sortie d'un tel transducteur à deux fils est, en outre, pratiquement insensible à des forces parasites agissant perpendiculairement à l'axe desdits fils et à la direction de la force appliquée désirée, La fréquencevdu sigmal de sortie d'un
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transducteur à deux fils est, de même, insensible à des variations indésirables de la longueur du châssis portant lesdits fils vibrants.' De plus, une augmentation de sensibilité est réalisée avec un transducteur à deux fils, car, pour une variation donnée de l'intensité de la force agissant suivant l'axe desdits fils, la variation de fréquence correspondante est de l'ordre du double de celle que l'on obtient avec les transducteurs connus, utilisant un fil métallique unique.
Le domaine de l'invention n'est évidemment pas limité par les exemples de réalisation décrits et on comprendra que l'invention doit être interprétée de la façon la plus large..
R E V E N DII C A T I O N S. l.- Système dynamométrique comportant, en combinaison, une paire de cordes tendues, un élément réagissant à une force connecté auxdites cordes et les raccordant, lesdites cordes étant disposées de telle façon que, lorsque ledit élément se déplacè dans un sens sous l'impulsion d'une force à laquelle il est soumis, il augmente la tension de l'une desdites cordes tandis qu'il réduit la tension de 1(autre corde, des moyens entrenenant la vibration desdites cordes, et des moyens permettant de comparer la fréquence de vibration de l'une de ces cordes à la fréquence de vibration de l'autre corde, afin de mesurer ladite force appliquée audit élément.
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The invention relates to vibrating string transducer devices for converting forces into electrical effects or signals, and more particularly to accelerometers of this type.
It has already been proposed to use, in such a device, a rope or a metal wire maintained under variable tension by the force to be measured. In the case of accelerometers, the force acting on the wire is due to the reaction of a mass to an unbalanced force which produces an acceleration of this mass, the latter being fixed at one end of said wire so as to cause a increase and decrease in blood pressure. Since the frequency of vibration of the wire varies according to the square root of its tension, it is possible to calibrate the frequency of vibration of the wire according to the unbalanced force exerted on said mass,
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and, consequently, as a function of the acceleration thereof.
The wire in question is placed in a magnetic field and an alternating voltage of the same frequency as that of the wire's natural vibration is generated in the latter. Any slight variation in wire tension caused by said unbalanced force causing the acceleration in question or by any other force applied to the end of the wire in turn causes a measurable variation in the frequency of the output signal. of the device considered.
Such transducer or energy conversion devices have the drawback, among other things, of providing an output signal whose frequency does not vary linearly as a function of the force applied and which is disturbed, to a certain extent, by forces. parasites acting perpendicular to the axis of the wire and to the force to be measured.
In some of these devices, the metallic vibrating wire is mounted on a support and another disadvantage then results from the fact that the frequency of the output signal is affected, to a certain extent, by undesirable variations in the length of this support, by following temperature changes, for example. '
In order to keep said metal wire (or metal cord) in vibration, it is desirable to pass an alternating current through it, and in the corresponding transducers, the nominal frequency or carrier current (corresponding to a zero applied force) must necessarily be of the order of tenfold of the frequency variation (the information being transmitted) under the effect of a given applied force, resulting in an accentuation, in the same proportions, of the undesirable effects,
including those which have been mentioned, resulting from undesirable variations in the length of said support and parasitic forces acting perpendicular to the axis of the single wire,
One of the aims of the invention is to provide a
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Advanced wire rope or wire transducer that is more precise than conventional single wire transducers.
It is also an object of the invention to provide an improved wire or wire transducer in which the frequency of the output signal varies, as a function of the force applied, more closely approximating the linear form, and is practically not. disturbed by parasitic forces acting perpendicular to the axis of said rope or by undesirable variations in the length of the support of this rope.
The object of the invention is more especially to use not a single cord or metal wire but two cords or metal wires so that they are both simultaneously subjected to the force that is to be measured, such as inertia or reaction force of a mass. It is believed that the wires should preferably be aligned such that the tension of one of them increases as the tension of the other decreases, in synchronism with the force applied to them.
So that a single output signal results from the vibrations of the two strings, the particular objective of the invention is to provide two amplifiers associated respectively with said strings and whose output signals are combined in a mixer such that a single signal at the beat frequency is obtained from the vibrations of the two strings.
The characteristics and advantages of the invention will emerge more clearly from the following description, relating to preferred embodiments of the invention, with reference to the appended drawing, in which: FIG. 1 is a view in section of an accelerometer 'vibrating metal wire according to the invention; Figure 2 is a diagram of the various electrical circuits connected to the accelerometer and comprising two
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amplifiers; FIG. 3 is a diagram of the electrical circuit of one of the amplifiers; and FIG. 4 shows, in section, a variant of a transducer with vibrating metal strings according to the invention.
The same numbers in this reference designate similar elements in the various figures.
The accelerometer shown in FIG. 1 comprises a casing 10 formed by two lateral discs 11 and '12 separated by an annular rim 13, along their periphery. 'The discs 11 and 12 are pierced with openings 14 opposite each of which is limited by a wall having, in its outer part, a rim 15, U n cylindrical block 16 is introduced, with clearance, in lesdite.s openings in sight 14 of disks 11 and 12.
This block 16 has a peripheral flange 17 and is suspended in the position shown, 'so as not to touch the walls of said central openings 14, by means of a flexible membrane 18 in the form of a crown, which is fixed, d 'On the one hand, at the periphery of said collar 17 and, on the other hand, in the rim 13 on a shoulder 19 formed by the inner surface of the latter. Several stops 20 and 21 are respectively fixed in said discs 11 and 12 and are adjusted in position so as to limit the movement of the collar 17 and of the block 16 longitudinally, along the axis of the openings' 14 of the discs 11 and 12.
Two mounts 22 and 23 for metal cords are arranged on either side of the housing 10. Each of these mounts comprises a cylindrical outer casing 24 applied against one of said annular flanges 15 and closed at its outer end by a cap 25 which gives it ' is fixed. A terminal rod passes through each cap 25 of which it is electrically insulated ;.
Block 16 is provided with a pair of legs 27 and a thin rope
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vibrating metal wire (or vibrating metal wire) 28 is fixed to each of these legs as well as to the inner end of the corresponding rod 26 so as to be under tension, A magnet
29 semi-circular in the shape of a horseshoe is arranged in the frame 22 so that its north and south poles are very close to the rope 28, on either side of the latter, the faces of these poles s 'extending parallel to this rope.
The rope frame 23, identical to the frame 22, is arranged on the other side of the housing 10, the corresponding rope
28 being aligned with the rope 28 of the frame 22.
It is clear that the cylindrical envelopes 24 of said rope mounts 22 and 23 in fact form, with the lateral discs 11 and 12 separated by the rim 13, a frame serving for the suspension of the ropes 28 joined together by said block.
16, at their inner end as well as at their maintenance under tension between said end rods 26.
The membrane 18 is made of a flexible material allowing the block to move freely in the axial direction, relative to said mounts 22 and 23. This membrane is very thin and its thickness may be, for example, of
0.025 mm. Cold drawn tungsten is a suitable material for the manufacture of wires 28. A wire made of this material is free from local stresses and progressive permanent deformation under tension :, and, moreover, the tension exerted on such a wire can reach a value close to the elastic limit without producing noticeable permanent deformation. The wire, too, is very fine and its diameter can be 0.018 mm.
Each of the wires 28 is kept vibrating at a natural frequency, and more particularly at its fundamental frequency, using a feedback amplifier 31. Each of these amplifiers is connected to an electrical bridge assembly
32 whose resistors 33 and 34 are connected by one end,
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to the connection wire 35. A fixed wire 35 is connected at one end to resistor 33 and wire 28 is connected at one end to resistor 34, these wires being connected to earth by their other end.
A: amplifier tube 37 comprising a cathode 38, a grid 39 and an anode 40 is controlled by the bridge assembly 32. The cathode 38 is connected by means of a bias resistor 41, to an earth conductor 42. The primary winding 44 of a transformer 43 coupling the grid 39 to the bridge assembly 32 is arranged between the junction point of the static wire 36 and the resistor 33 and the junction point of the vibrating wire 28 and the resistor 34. One terminal or end of the secondary winding 45 of this transformer is connected to the gate 39 and its second terminal is connected to said earth conductor 42 via a capacitor 46.
A positive voltage is maintained between the anode 40 and the earth by an accumulator battery 47 or another direct current generator, the terminals of this battery being respectively connected to the earth conductor 42 and to a connection wire 48. said anode 40 is connected by means of a resistor 49 to this connection wire 48, that is to say to the positive terminal of the battery 47.
A second amplifier tube (or part of tube) 50, comprising a cathode 51, a grid 52 and an anode 53, is connected so as to be controlled by the tube 37. The grid 52 is connected via the coupling capacitor. 54 to anode 40. Cathode 51 is connected via bias resistor 55 to earth conductor 42, and the grid is connected via resistor 56 to branch 57. Resistor 58 is located in this branch 57 and connects one end of said secondary transformer winding 45, that is to say its junction point with the
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capacitor 46, with what remains of said branch 57. The anode 53 is connected to the connection wire 48 and to a terminal of the battery 47 via the resistor 59.
The anode 53 is also connected to the branch 35 which comprises the resistor 61 and the capacitor 60 and which is arranged between the bridge assembly 32 and the anode 53.
A third amplifier tube (or part of tube) 62 is driven by tube 50 and has a cathode 63, a grid 64, and an anode 65. Cathode 63 is connected via a bias resistor. 66 to the earth conductor 42. The grid 64 is connected, on the one hand, via a. coupling capacitor 67 to the anode 53, and on the other hand, via the resistor 68, to the earth conductor 42.
The tube 62 supplies a transformer 69 comprising a secondary winding 71 and a primary winding 7 0 the ends of which are respectively connected to the anode 65 and to the lead wire 48. A capacitor 73 connects the anode 65 to an output terminal 72. amplifier 31, the other output terminal 74 of which is connected to the earth conductor '42.
The tubes 37 and 50 are provided with an automatic volume control system comprising a bridge assembly 75 whose arms are formed by the crystal diodes 76, 77, 78 and 79.
The ends of the secondary winding 71 of the transformer are respectively connected to the junction point of diodes 76 and 78 and to the junction point of diodes 77 and 79.
The junction point of diodes 76 and 77 is connected to the earth conductor 42 and the junction point of diodes 78 and 79 is connected to resistor 80, to capacitor 8 and also to branch 57. Resistor 80 and capacitor 81 are also connected to the earth conductor 42. The junction point of the diodes 78 and 79 is also connected by means of the branch 57, to a resistor 82 and to a capacitor 83
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disposed between branch 57 and earth conductor 42.
It will be understood that the cathodes 38, 51 and 63 can be heated by means of the filaments of common types by a suitable electric current generator. The stationary wire 36 of the bridge assembly 32 preferably has the same static resistance as the wire 28 and is arranged so as to be brought to substantially the same temperature as the wire 28. This stationary wire 36 may be in the same housing as the vibrating wire 28, but it must be outside the magnetic field of the magnet 29.
In the bridge arrangement 75, each of the crystal diodes 76, 77, 78 and 79 has an arrangement and an orientation whereby the rectified current always leaves the junction point of the diodes 76 and 77 and ends at the junction point of the diodes. 78 and 79, so that the latter is of negative polarity with respect to the former.
The two amplifiers 31 are connected to a mixer 84 of a suitable size containing one or more non-linear elements so as to generate output signals at the sum and difference frequencies. This mixer is connected by output connections 85 and 86 to a low pass filter 87, The low pass filter can be of any suitable current type and has output terminals 89 and 90 through which it is connected to a frequency meter 91 of an arbitrary appropriate type.
In use, the housing 10 of the accelerometer is placed such that the forces due to the inertia of the block 16 tend to move the latter axially, with respect to the wires 28, according to the acceleration. The flexible membrane 18 maintains the block 16 suitably centered coaxially with the wires 28, and the stops 20 and 21 limit the axial movement of this block with respect to the wires 28.
If it is assumed that an acceleration is applied to the accelerometer in one direction, said block 16 tends to move
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to the thread mount 22 by reducing the tension of the thread 28 in this mount 22 and simultaneously increasing the tension of the thread
28 in the frame 23. Similarly, when the block 16 tends to move under the action of an inertia force in the opposite direction, the tension of the wire 28 in the frame 22 increases while the tension of the other. thread 28 decreases ..
As the tension of one of the threads 28 increases and the tension of the other thread 28 decreases, the natural vibrational frequency of the first increases while that of the second decreases. Each of the wires 28 is placed in the magnetic field between the poles 30 of one of the magnets 29; these wires vibrate in a direction perpendicular to their axis, at a natural frequency following an almost sinusoidal movement, an alternating voltage at the same frequency is generated there. Said block 16, by varying the voltage of the wires 28 as a function of the acceleration, causes a corresponding variation of the frequency of Vibration in question and, consequently, of the frequency of the corresponding induced alternating voltages. Maintenance of the vibration of the wires ,.
28 in the system shown is achieved by the use of each of these wires in an associated oscillator comprising the bridge connection 32 and the amplifier 31, corresponding as an impedance serving for the adjustment of the oscillation frequency.
It should be noted that the block 16, which connects the two wires 28 in the two mounts 22 and '23, behaves as if it cut the connection of the two wires in question and has the effect of establishing for them a transverse vibration node, so that the vibration frequency of each of the two wires
28 located on either side of the block 16 is controlled by the effective tension of the wire considered produced, along its axis, by the force of inertia of the block in question.
Each of the bridge arrangements 32, associated with one of the feedback wires 28, constitutes a filter which is used in a circuit of
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the corresponding amplifier 31: to operate the latter as an oscillator. The network 32 associated with each of said mounts 22 and 23, and one of whose arms is constituted by the vibrating wire 28, forms a 'Wheatstone bridge balanced under static conditions, that is to say if it is assumed that wire-28 does not vibrate. The upper resistances 33 and 34 have equal values and the stationary wire 36 has the same resistance as the vibrating wire 28, and, preferably, it should be identical to this wire 28 and differ from it in that it does not 'is not placed in a magnetic field.
Since the bridge connection 32 is balanced when the wire 28 is not vibrating, no current flows through the transformer 43 when the wire 28 is stationary. When, however, the wire 28 vibrates in the magnetic field between the poles 30, a counter-electromotive force is induced in this wire in a well known manner, so that the latter has an effective dynamic impedance greater in absolute value than. its impedance in static mode which unbalances said bridge assembly 32, thus allowing a current to pass at the frequency of the vibration in the primary winding 44 of the transformer 43.
The dynamic unbalance current of the bridge assembly 32 passing through said primary winding 44 of transformer 43 develops, at the terminals of its secondary winding 45, a corresponding voltage which is applied to the tube 37 amplifying the latter 'and whose output voltage is applied to the tube 50 to be likewise amplified. A part of the output power of the tube 50 of the amplifier in question, developed on its anode, is applied by feedback, to said bridge assembly 32 through the intermediary of the capacitor 60 and the resistor 61 so as to circulate a alternating current in this assembly and, in particular, in the vibrating wire 28. This alternating current presents
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a frequency which is that of vibration of said wire and performs the maintenance of this vibration.
It is essential to connect
EMI11.1
JJf: d3-. t ee: men 'geu; ndEfJ' 4S- àà liai griL, -Laie z3? c'k. tibe, 37'- in the sense that ,. realizes the excitement of; tube 37 by-one tension
EMI11.2
d1e phase: suitable pS1. '! l1le:' t.tan: Jt 1'entnOE6- ± Jen de: Lia :. vihx :: o.n ;. du: thread 28.
. The output power of the tube- 50, developed on sound. anode 53, is then amplified by the tube 62 which develops. between said output terminals 72 and 74, an alternating voltage at the frequency of the vibration of wire 28 in said bridge connection 32. Resistors 41, 55 and 66 are used, as is customary, to properly bias the wires. grids 39, 52 and 64 relative to the cathodes 38, 51, and 63; resistors 49 and 59 constitute anode loads and grids 39, 52 and 54 are provided with leakage resistors 56, 68 and 58.
An automatic volume control system is provided to limit the gain of the amplifier tubes 37 and 50 as well as, therefore, the power supplied by feedback through the branch 35, to the bridge assembly 32, with the final aim of limit the amplitude of the vibration of the wire 28 of said assembly.
The amplitude of the vibration of each wire 28 is limited in order to avoid slight variations in its frequency of vibration which could occur with excessive amplitudes. Since each wire 28 is in the constant magnetic field of magnet 29 and its vibration is maintained by an alternating current flowing through it, the peak intensity of which is limited by an automatic volume control system, the The amplitude of the vibration of the yarn in question is itself limited.
Thus, each wire 28 has a well-determined vibration frequency when its voltage is adjusted to a given value, which is arbitrary moreover, this frequency remaining constant after the adjustment proper and taking up the same value each time
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the wrong voltage setting occurs again.
The automatic volume control system comprises the array 75 of rectifier diodes 76, 77, 78 and 79 which form a two-wave rectifier bridge assembly.
The output voltage of tube 62, developed on the anode, is applied, after transmission by transformer 69, to the terminals of a diagonal of the bridge assembly 75, that is to say between the junction point of the diodes 76 and 78 and the junction point of diodes 77 and 7 9. The rectified output voltage of said bridge assembly 75 is applied between branch 57 and earth conductor 42 such that the latter is brought to a negative potential. in relation to the earth. The rectified output voltage of this bridge assembly 75 is filtered by resistors 58 and 82 and by capacitors 83 and 46 which have a relative arrangement according to current practice. Resistor 80 and capacitor 81 form the current type load of diodes 76,77, 78, and 79.
The output signals of the two amplifiers 31 driven respectively by the vibrating wires 28 associated with the two mounts 22 and 23 are applied to a mixer 84 which may be of a common type. This mixer 84 develops, at its output terminals, voltages at the following sum and difference frequencies f1 - f2, f1 + 2 or 2f1 + f2 given the intermodulation that it carries out between the signals of frequencies f1 and f2 applied to its input terminals by the amplifiers 31. The signals at the frequencies in question developed between the output terminals or connections 85 and 86 of said mixer are applied to the input of a low pass filter 87 which develops, between its output terminals 8 9 and 90, only a signal at the beat frequency f1 - f2.
The frequency meter 91 connected to these terminals 89 and 90 measures the beat frequency in question f1 - f2.
When the two wires 28 are identical in all respects
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of view, including in terms of their length, the difference between their respective vibration frequencies is given very precisely by the following formula:
EMI13.1
fi - f 2 = fa if 11 +. s if s'! '/ # s #' the expressions under the radicals corresponding respectively to the two wires 28. In this formula, fo is the vibration frequency of each wire when the acceleration is zero, As represents the voltage variation ( positive or negative) proportional to the force applied to said block 16 and s is the initial tension of the wires 28 when the acceleration and the force applied to this block are zero.
It can be shown that, when the frequency of vibration of one of the wires increases as a result of an increase in the corresponding tension while the frequency associated with the other wire decreases as a result of a reduction in tension, the variation of the difference between the vibration frequenciesx of the two wires is practically double the corresponding variation (in absolute value) of the vibration frequency of each of the wires, and the calculations also show that the non-linearity of the variation of said difference as a function of of As, which represents the voltage deviation, is at least 20 times smaller than the non-linearity of the individual variation of the frequency of each wire as a function of As; when the absolute value of As is less than approximately 1/10.
It is also noted that the real frequency of vibration of each of the wires is eliminated by obtaining the difference in frequencies and that this is zero when the external force applied to the wires in question is canceled under the effect of said acceleration. along their axis, assuming that the wires are identical and have the same length.
In addition, continuing the examination, it is found that, when a transient force of direction perpendicular to the axis
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longitudinal wire 28 is applied to said block 16, assuming that the membrane 18 is not of sufficient efficiency to maintain the centering of this block, the voltage variation As is positive and practically the same for the two wires , so that the transient force in question hardly changes the difference between the vibrating frequencies of the two wires 28 resulting from the desired force applied to them as a result of the inertia of the block in question.
Likewise, if there occurs an undesirable variation in the length of the support of the yarns comprising the length of the box 10 together with the lengths of the envelopes 24, by expansion or contraction under the effect of a change in temperature, the voltage varies in the same direction and practically the same quantity for the two wires, from which there results a zero or negligible variation of the difference between their frequencies of vibration, obtained with a given or zero acceleration.
It is to be considered that one can give unequal values to one or more of the characteristic parameters of the second son, such as the length, the density, the cross-sectional area and the modulus of elasticity so as to obtain, for example , a difference in frequencies that is not zero when the external force applied and the force of inertia due to the acceleration in question are zero, and thus to allow the determination of the direction and the intensity of the force producing the acceleration to be measured by means of the value of the variation of said -difference during the application of the force considered, or else the arrangement in question can be taken to increase the range of linear variation in question when the force applied has a well-determined meaning.
It should also be noted that it is not beyond the scope of the invention to use wires 28 whose cross section, instead of being circular, may have various shapes, polygonal for example, or even these
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son can have the form of ribbons, and, moreover;, it is also possible to replace the metal cords by cords made of a non-conductive material covered with a conductive envelope.
It should also be considered that, although a block 16 is used between the two mounts 22 and 23 in order to simultaneously vary the voltages of the two wires 28, on either side thereof, any other means appropriate application of the force whose intensity is to be measured can be used instead of this block to simultaneously cause an increase in the tension of one of said wires and a decrease in tension. of the other wire when said force increases.
FIG. 4 represents an exemplary embodiment of the invention which differs from the use of another means of applying the force to be measured. The transducer of FIG. 4 has a similar shape roughly corresponding to that of the device of FIG. 1, and it can be used with the same electrical circuits, but it is intended, on the other hand, to measure differences in fluid pressures. The device of FIG. 4 comprises two base discs 92 and 93 and a "pressurized" partition 94 interposed between them and which is fixed to them. An annular cavity 95 is delimited between the disc 92 and the partition 94 by recesses in their neighboring faces and an annular cavity 96 is hollowed out in this partition.
The peripheral parts of said cavities are delimited by a thinned membranous part 97 of the partition 94 allowing the inner part of this partition to move axially relative to the eastern part.
The lateral disc 92 has a central part at '. sleeve 98 connected to the peripheral part of this disc by means of a thin flexible membrane 99 and the disc 93 likewise has a central sleeve 100 connected to its peripheral part
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by means of a flexible membrane 101. A rod 102 passes through the central openings of the discs 92 'and 93 and of the partition 94 and is fixed to the central part of the latter as well as to the sleeves 98 and 100.
The wires 28 corresponding to the mounts 22 and 23 are fixed respectively to the two ends of the rod 102 and the cylindrical envelopes 24 of these mounts are mounted on the shoulders 15 formed in the discs 92 and 93, as is the case for the exemplary embodiment. in figure 1.
A fluid supply channel 103 is formed in the disc 92 and is connected with the cavity 95 to supply the latter with fluid and there is provided, in the disc 93, a channel 104 which is connected with the cavity 96 to supply the latter. the latter in fluid.
In the embodiment shown in FIG. 4, the pressurized fluid is sent into one of the two cavities 95 and 96 via the intermediate channel 103 or 104, or else this fluid can be sent simultaneously under different pressures in these two channels. The presence of pressurized fluid in the cavity 96 causes the bending of the membranous part 97 of the partition 94 as well as the displacement of the central part of the latter towards the left, according to the drawing, from which a corresponding displacement results. sleeves 98 and 100 as well as bending of the membrane parts 99 and 101 of the discs 92 and 93.
The rod 102 moves in the same way as these members, to the left, according to the drawing, by increasing the tension of the wire 28 attached to the frame 22 and by reducing the tension of the wire 28 attached to the frame 23. The presence of pressurized fluid in the cavity 95, in the absence of supply of pressurized fluid to the cavity 96, causes the bending of the membrane parts 97, 99 and 101 in the opposite direction, as well as a corresponding displacement of the sleeves 98 and 100 and from the rod 102 to the right, according to the drawing, hence it
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results in a decrease in the tension of the thread 28 fixed to the frame 22 as well as an increase in the tension of the other thread
28.
When the fluid in question is sent simultaneously under different pressures into the cavities 95 and 96, the difference in the forces acting on the partition 94, resulting from these unequal pressures, moves the rod 102 either to the left or to the right according to the greatest pressure, and causes the same increases.:. ' and decreases in tension and the same effects of that,. bending! in the previous cases.
The same electrical circuits as those shown in Figure 2 and Figure 3 are used with the exemplary embodiment of the invention shown in Figure 4 to measure the difference between the vibration frequencies of the wires.
28, in the same way as with the exemplary embodiment corresponding to FIG. 1, and this difference in frequencies indicates the difference in the fluid pressures applied to the transducer - 'of FIG. 4.
The improved transducers described advantageously use a pair of vibrating metal wires under tension as sensitive elements which, when subjected along their axis. to an externally applied force, are at the origin of an alternating current whose frequency is the direct measurement of said applied force, said transducers being.distinct from those which only use a single vibrating metal wire. In comparison with single-wire transducers, two-wire transducers according to the invention produce a signal whose frequency has a variation, as a function of the force applied, which is closer to the linear law.
The frequency of the output signal of such a two-wire transducer is, moreover, practically insensitive to parasitic forces acting perpendicular to the axis of said wires and to the direction of the desired applied force, The frequency of the output signal of a
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The two-wire transducer is likewise insensitive to undesirable variations in the length of the frame carrying said vibrating wires. In addition, an increase in sensitivity is achieved with a two-wire transducer, because, for a given variation in the intensity of the force acting along the axis of said wires, the corresponding frequency variation is of the order of double that which is obtained with known transducers, using a single metal wire.
The field of the invention is obviously not limited by the exemplary embodiments described and it will be understood that the invention must be interpreted in the broadest way.
REVEN DII CATION S. l.- Dynamometric system comprising, in combination, a pair of stretched cords, an element reacting to a force connected to said cords and connecting them, said cords being arranged in such a way that, when said element moves in a sense under the impulse of a force to which it is subjected, it increases the tension of one of said strings while it reduces the tension by 1 (other string, means causing the vibration of said strings, and means allowing to compare the frequency of vibration of one of these strings with the frequency of vibration of the other string, in order to measure said force applied to said element.
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