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"Appareil d'identification de la polarité d'un front d'onde".
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"Appareil d'identification de la polarité d'un front d'onde"
La présente invention est relative à un appareil pour l'identification de la polarité ou de la phase d'un front d'onde dans la partie initiale de l'onde. Un tel appareil peut être mis en oeuvre pour divers types d'ondes, par exemple sonores, électriques, électromagnétiques, etc.
Il est fréquemment nécessaire de pouvoir déterminer ou encore contrôler la polarité ou la phase d'un front d'onde, notamment après son passage à travers une installation d'amplification ou de traitement. Actuellement, on fait en général appel à un oscilloscope pour une telle opération, ce qui signifie un appareillage coûteux et délicat à mettre en oeuvre. Il faut notamment disposer d'un système de mémorisation pour laisser le temps à l'opérateur de percevoir visuellement l'affichage.
L'invention a pour but d'offrir un appareil permettant de détecter. avec des moyens relativement simples et faciles à mettre en oeuvre, la polarité d'un front d'onde, ce qui permet notamment de vérifier les connexions dans une installation de traitement de signaux.
Dans ce but, l'appareil comprend un capteur de signal à analyser dont le signal de sortie attaque un amplificateur et un filtre appropriés suivis d'un circuit
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de détermination de polarité ou phase attaquant à son tour, d'une part, un circuit d'affichage et, d'autre part, un circuit de blocage avec une période prédéterminée, empêchant le circuit de décision de réagir aux signaux suivant celui correspondant au premier signan initial analysé.
Pour une application au contrôle des connexions d'une installation traitant des ondes sonores, l'appareil est associé à un générateur de tops sonores et le capteur est un microphone,
Dans un tel cas, le générateur de tops sonores peut être constitué par une lame métallique à effet de ressort comportant une petite déformation centrale concave ou convexe, qui peut être inversée en imprimant une flexion à la lame.
D'autres détails et particularités de l'invention ressortiront de la description ci-après, donnée à titre d'exemple non limitatif et en se référant aux dessins annexés dans lesquels : "Les figures l à 5 sont des schémas de circuit de divers exemples de réalisation d'un appareil suivant l'invention.
Les divers exemples de réalisation ont été conçus pour fonctionner avec deux circuits intégrés à partir d'une pile de 9 volts.
La description est basée sur le cas de l'utilisation pour le contrôle des connexions dans une installation de traitement de signaux correspondant à des ondes sonores, par exemple une chaîne haute-fidélité terminée par des haut-parleurs. Les ondes sonores émises par ces derniers sont captées par un microphone l suivi
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par un amplificateur filtrant à deux étages 2 dont les caractéristiques seront adaptées à l'application particulière, par exemple pour une fréquence de 3 kHz environ.
A la figure l, une bascule de type JK (4027) 3 est actionnée par l'onde détectée. Le front de cette onde fournit avec un délai bref, obtenu grâce à un circuit RC de 3,3 nF et 100 kohms, une impulsion (CP) assurant le transfert aux sorties de la bascule des niveaux de polarité présents à ce moment précis aux entrées J et K. Un amplificateur inverseur 4 sur le trajet du signal permet de présenter ce dernier avec une polarité inverse aux entrées J et K. La position obtenue de la sorte est maintenue pendant un temps prédéterminé grâce à une cellule RC de 0, 33 AF et 470 kohms du détecteur 5.
Le circuit de type 4027 comportant deux bascules identiques, il est possible de les monter en parallèle pour additionner les courants de sortie de façon à faire fonctionner directement une diode électroluminescente constituant l'élément d'affichage, sans devoir faire appel à un amplificateur tampon. Deux de ces diodes, par exemple une rouge et une verte, 6,7, sont connectées chacune à une des sorties des bascules connectées en parallèle.
A la figure 2, on fait appel également à un circuit de bascule mais qui est constitué à partir de deux des quatre portes NON-OU d'un circuit 4001. Au repos, les sorties sont nulles. Dès qu'un signal et son inverse font passer la bascule 3 à l'état correspondant à la polarité ou phase de l'onde, le signal
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détecté en 5 bloque l'ensemble pendant une durée définie par le circuit RC précité, afin d'autoriser la perception de l'affichage par les diodes électroluminescentes 6,7. Ces dernières sont à nouveaux attaquées directement grâce à la mise en parallèle de deux bascules.
A la figure 3, on rencontre le même système d' amplification et de filtre qu'aux figures l et 2, mais le signal est envoyé à un double multivibrateur monostable 8. Chaque multivibrateur est formé par deux portes NON-OU et l'ensemble peut être réalisé à partir des quatre portes d'un circuit intégré de type 4001. La première porte permet de bloquer le système dans le cas d'une impulsion positive, tandis qu'une impulsion négative provoque un blocage dans les deux portes suivantes. Il convient de remarquer que quelle que soit la sortie devenant active, l'entrée des 2e et 3e portes assure une polarisation telle que les deux sorties soient nulles à l'origine et qu'un canal soit exclusivement sensible aux impulsions positives et l'autre aux impulsions négatives telles que transmises par la première porte.
Il n'est pas nécessaire dans ce cas de prévoir des amplificateurs inverseurs et de détection et les deux amplificateurs du circuit intégré LM324 ainsi libérés sont utilisé en tampon entre le circuit logique 8 et les diodes d'affichage 6,7.
Il est possible de parvenir à une simplification du circuit et à une nette réduction de consommation de courant en adoptant la configuration illustrée à la figure 4. Un microphone de type piézo-électrique 1 est suivi par un double étage d'amplification à bande étroite centrée sur 3 kHz par exemple (la valeur est à adop-
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ter en fonction de l'application envisagée) Un pont diviseur 11, 12 à l'entrée de deux amplificateurs 13,14, connectés en opposition, permet de régler le seuil à partir duquel l'un ou l'autre amplificateur deviendra conducteur suivant la polarité du signal. Les diodes d'affichage 6,7 pour la polarité détectée transmettent leur signal à un condensateur 15 assurant un fonctionnement en multivibrateur monostable.
Grâce à un circuit logique réalisé autour d'un circuit intégré de type 4001 16, le signal du condensateur 15 est renvoyé en une boucle de réaction vers l'amplificateur d'entrée qui a été rendu conducteur. Cet amplificateur est ainsi bloqué et la diode d'affichage 6 ou 7 reste allumée pendant une période fixée par la décharge du condensateur 15 à travers une résistance 17 ramenée au pelé négatif de l'alimentation.
Des diodes de protection sont prévues dans les exemples des figures 3 et 4.
La chute de tension dans les diodes 6,7 limitant la tension minimum utilisable pour l'alimentation, il est possible de les remplacer par des diodes ordinaires dans le schéma de la figure 4, en adoptant une plus forte valeur, par exemple 100 kohms, pour la résistance série ramenée au pôle négatif de l'alimentation et en connectant alors les diodes d'affichage 6,7 à la sortie des amplificateurs 13 et 14, respectivement.
Pour tous les exemples précédents, le signal attaquant la chaîne de reproduction sonore doit être constitué par une onde avec un front ou flanc d'attaque aussi net que possible. Un générateur approprié pour un tel signal peut par exemple être constitué par une simple
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lame métallique de ressort offrant une petite déformation centrale concave ou convexe, qui peut être inversée en imprimant une flexion à cette lame. Le mouvement rapide de la partie centrale produit le son bref désiré et la polarité correspondante est connue grâce au mouvement de la déformation.
On peut encore envisager les applications suivantes pour l'appareil suivant l'invention :
1. En neurophysiologie médicale, les caractéristiques des réponses électriques du cerveau évoquées par un clic sonore dépend de la polarité initiale de ce clic.
Pour cette raison, il est indispensable de connaître cette polarité or celle-ci peut aisément être inversée dans les connexions des appareils allant du générateur audio proprement dit au casque d'écoute (ou haut-parleur). L'appareil décrit ici, sans aucune modification, permet aisément de contrôler la polarité des clics sonores tels qu'ils sont présentés au niveau de l'oreille.
2. Une autre application consiste en la détermination de la polarité d'une impulsion électrique très brève telle que celles qui sont utilisées en EMG, neuronographie, physiothérapie, etc. pour stimuler les nerfs ou les muscles. Cette polarité est importante à connaître puisque seule la cathode est capable de stimuler le nerf ou le muscle : or le point de stimulation exact doit souvent être déterminé avec précision. Pour cette application, il faut ajouter à l'appareil une résistance de charge en parallèle avec un pont diviseur dont l'une des branches est formée de deux diodes
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montées en tête-bêche de façon à limiter l'amplitude des impulsions. Comme le montre la partie encadrée en 18 du schéma de la figure 4, le signal ainsi conditionné est alors simplement introduit à l'entrée du 2e amplificateur.
3. Lorsqu'il est utilisé comme récepteur, par l'indication de la polarité du front d'onde qu'il fournit, l'appareil décrit ici permet de distinguer facilement si un émetteur d'ondes (acoustiques ou électromagnétiques, par exemple) a été excité par une impulsion positive ou négative. Un message codé binaire peut ainsi être transmis à l'aide d'un émetteur constitué essentiellement d'un circuit oscillant excité par une impulsion brève de polarité correspondant au code transmis.
L'avantage par rapport à un système de transmission en code morse par exemple est de fonctionner avec des impulsions très brèves. Il est d'ailleurs possible de combiner un codage de phase à deux états extrêmes, tel que décrit ici, avec une modulation d'amplitude et/ou de durée des impulsions pour obtenir un code à 4 ou 8 états par impulsion. Un amplificateur à contrôle de gain automatique et une impulsion de référence en début de transmission permettent de diminuer le problème de l'amortissement du front d'onde, mais une distance fixe entre émetteur et récepteur s'impose. La communication par ondes électromagnétiques de très basses fréquences constitue un domaine de prédilection pour ce type de codage. Les mêmes principes de codage peuvent s'appliquer à un train d'ondes modulant une fréquence porteuse.
Le problème pourrait être de plusieurs types différents (ondes courtes, lumière infrarouge, etc) et le circuit décrit ici doit être
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précédé d'un circuit détecteur approprié.
4. Le front d'onde est beaucoup plus sensible à l'amortissement que l'amplitude maximale d'un train d'ondes. En mesurant, grâce au détecteur de polarité décrit ici, la distance nécessaire pour supprimer la 1ère phase d'une onde émise avec une puissance constante, ce qui aboutit à une inversion de polarité du font d'onde, il est possible d'évaluer l'amortissement d'une onde particulière dans un milieu particulier. La même évaluation peut d'ailleurs se faire à une distance constante entre l'émetteur et le récepteur par la mesure de la différence de puissance de l'émetteur nécessaire pour inverser la polarité. L'évolution d'une onde de choc par exemple peut ainsi être suivie dans un matériau à étudier. Le capteur approprié sera alors un cristal piezo-électrique appliqué sur ou dans le matériau étudié.
La fréquence de l'onde sélectionnée pour la mesure dépendra du type de matériau et du type de propriété à analyser.
Il doit être entendu que la présente invention n'est en aucune façon limitée aux formes de réalisation ci-avant et que bien des modifications peuvent y être apportées sans sortir du cadre de la présente invention.
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"Apparatus for identifying the polarity of a wavefront".
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"Apparatus for identifying the polarity of a wavefront"
The present invention relates to an apparatus for identifying the polarity or phase of a wavefront in the initial part of the wave. Such a device can be used for various types of waves, for example sound, electric, electromagnetic, etc.
It is frequently necessary to be able to determine or even control the polarity or the phase of a wavefront, in particular after it has passed through an amplification or processing installation. Currently, an oscilloscope is generally used for such an operation, which means equipment which is expensive and difficult to implement. In particular, a memory system is needed to allow the operator time to visually perceive the display.
The invention aims to provide an apparatus for detecting. with relatively simple and easy to implement means, the polarity of a wavefront, which in particular makes it possible to verify the connections in a signal processing installation.
For this purpose, the apparatus comprises a signal sensor to be analyzed, the output signal of which drives an appropriate amplifier and filter followed by a circuit.
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for determining the polarity or phase attacking in turn, on the one hand, a display circuit and, on the other hand, a blocking circuit with a predetermined period, preventing the decision circuit from reacting to the signals following that corresponding to the first initial signan analyzed.
For an application to control the connections of an installation dealing with sound waves, the device is associated with a tone generator and the sensor is a microphone,
In such a case, the tone generator can be constituted by a metal spring effect blade having a small concave or convex central deformation, which can be reversed by flexing the blade.
Other details and particularities of the invention will emerge from the description below, given by way of nonlimiting example and with reference to the appended drawings in which: "FIGS. 1 to 5 are circuit diagrams of various examples for producing an apparatus according to the invention.
The various embodiments have been designed to operate with two integrated circuits from a 9-volt battery.
The description is based on the case of the use for controlling connections in a signal processing installation corresponding to sound waves, for example a high-fidelity chain terminated by loudspeakers. The sound waves emitted by them are picked up by a microphone l followed
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by a two-stage filter amplifier 2 whose characteristics will be adapted to the particular application, for example for a frequency of approximately 3 kHz.
In FIG. 1, a JK type flip-flop (4027) 3 is actuated by the detected wave. The front of this wave provides with a short delay, obtained thanks to an RC circuit of 3.3 nF and 100 kohms, a pulse (CP) ensuring the transfer to the outputs of the flip-flop of the polarity levels present at this precise moment at the inputs J and K. An inverter amplifier 4 on the signal path makes it possible to present the latter with reverse polarity at the inputs J and K. The position obtained in this way is maintained for a predetermined time thanks to an RC cell of 0.33 AF and 470 kohms from detector 5.
The 4027 type circuit comprising two identical flip-flops, it is possible to mount them in parallel to add the output currents so as to directly operate a light-emitting diode constituting the display element, without having to use a buffer amplifier. Two of these diodes, for example a red and a green, 6,7, are each connected to one of the outputs of the flip-flops connected in parallel.
In FIG. 2, use is also made of a flip-flop circuit which is made up of two of the four NOR gates of a circuit 4001. At rest, the outputs are zero. As soon as a signal and its inverse make flip-flop 3 to the state corresponding to the polarity or phase of the wave, the signal
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detected in 5 blocks the assembly for a period defined by the aforementioned RC circuit, in order to authorize the perception of the display by the light-emitting diodes 6,7. The latter are again directly attacked thanks to the parallelization of two flip-flops.
In FIG. 3, the same amplification and filter system is encountered as in FIGS. 1 and 2, but the signal is sent to a double monostable multivibrator 8. Each multivibrator is formed by two NOR gates and the assembly can be made from the four doors of an integrated circuit of type 4001. The first door makes it possible to block the system in the case of a positive pulse, while a negative pulse causes a blocking in the two following doors. It should be noted that whatever output becomes active, the input of the 2nd and 3rd doors ensures a polarization such that the two outputs are zero at the origin and that one channel is exclusively sensitive to positive pulses and the other to negative impulses as transmitted through the first gate.
In this case, it is not necessary to provide inverting and detection amplifiers and the two amplifiers of the integrated circuit LM324 thus freed are used as a buffer between the logic circuit 8 and the display diodes 6,7.
It is possible to achieve a simplification of the circuit and a significant reduction in current consumption by adopting the configuration illustrated in FIG. 4. A piezoelectric type microphone 1 is followed by a double amplification stage with centered narrow band on 3 kHz for example (the value should be adopted
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ter according to the envisaged application) A divider bridge 11, 12 at the input of two amplifiers 13,14, connected in opposition, makes it possible to adjust the threshold from which one or the other amplifier will become conductive according to the signal polarity. The display diodes 6,7 for the detected polarity transmit their signal to a capacitor 15 ensuring operation as a monostable multivibrator.
Thanks to a logic circuit produced around an integrated circuit of the 4001 type 16, the signal from the capacitor 15 is returned in a feedback loop to the input amplifier which has been made conductive. This amplifier is thus blocked and the display diode 6 or 7 remains on for a period fixed by the discharge of the capacitor 15 through a resistor 17 brought back to the negative skin of the power supply.
Protection diodes are provided in the examples of FIGS. 3 and 4.
The voltage drop in the diodes 6,7 limiting the minimum voltage usable for the power supply, it is possible to replace them by ordinary diodes in the diagram of figure 4, by adopting a higher value, for example 100 kohms, for the series resistance brought to the negative pole of the power supply and then connecting the display diodes 6,7 to the output of the amplifiers 13 and 14, respectively.
For all the previous examples, the signal attacking the sound reproduction chain must consist of a wave with a leading edge or flank as sharp as possible. A generator suitable for such a signal can for example consist of a simple
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spring metal blade offering a small concave or convex central deformation, which can be reversed by flexing this blade. The rapid movement of the central part produces the desired brief sound and the corresponding polarity is known thanks to the movement of the deformation.
The following applications can also be envisaged for the device according to the invention:
1. In medical neurophysiology, the characteristics of the electrical responses of the brain evoked by an audible click depend on the initial polarity of this click.
For this reason, it is essential to know this polarity, but it can easily be reversed in the connections of the devices going from the audio generator itself to the headphones (or speaker). The device described here, without any modification, easily makes it possible to control the polarity of the audible clicks as they are presented at the level of the ear.
2. Another application consists in determining the polarity of a very brief electrical pulse such as those used in EMG, neuronography, physiotherapy, etc. to stimulate the nerves or muscles. This polarity is important to know since only the cathode is capable of stimulating the nerve or muscle: however the exact point of stimulation must often be determined with precision. For this application, a load resistor must be added to the device in parallel with a divider bridge, one of the branches of which is formed by two diodes.
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mounted head to tail so as to limit the amplitude of the pulses. As shown in the part framed in 18 of the diagram in FIG. 4, the signal thus conditioned is then simply introduced at the input of the 2nd amplifier.
3. When used as a receiver, by indicating the polarity of the wavefront it provides, the device described here makes it easy to distinguish whether a wave emitter (acoustic or electromagnetic, for example) was excited by a positive or negative impulse. A binary coded message can thus be transmitted using a transmitter essentially consisting of an oscillating circuit excited by a short pulse of polarity corresponding to the code transmitted.
The advantage compared to a transmission system in Morse code for example is to operate with very short pulses. It is also possible to combine phase coding with two extreme states, as described here, with amplitude and / or pulse duration modulation to obtain a code with 4 or 8 states per pulse. An amplifier with automatic gain control and a reference pulse at the start of transmission can reduce the problem of damping the wavefront, but a fixed distance between transmitter and receiver is required. Communication by electromagnetic waves of very low frequencies constitutes a field of predilection for this type of coding. The same coding principles can be applied to a wave train modulating a carrier frequency.
The problem could be of several different types (shortwave, infrared light, etc.) and the circuit described here must be
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preceded by an appropriate detector circuit.
4. The wave front is much more sensitive to damping than the maximum amplitude of a wave train. By measuring, thanks to the polarity detector described here, the distance necessary to suppress the 1st phase of a wave emitted with a constant power, which results in an inversion of polarity of the wave font, it is possible to evaluate l damping of a particular wave in a particular medium. The same evaluation can also be made at a constant distance between the transmitter and the receiver by measuring the difference in power of the transmitter necessary to reverse the polarity. The evolution of a shock wave for example can thus be followed in a material to be studied. The appropriate sensor will then be a piezoelectric crystal applied to or in the material studied.
The frequency of the wave selected for the measurement will depend on the type of material and the type of property to be analyzed.
It should be understood that the present invention is in no way limited to the above embodiments and that many modifications can be made thereto without departing from the scope of the present invention.