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Installation de mesure de l'amplitude et des variations d'amplitude d'un oscillateur chronométrique La présente invention a pour objet une installa- tion. qui permet de mesurer, avec une grande préci- sion, l'amplitude et les variations d'amplitude d'un oscillateur chronométrique, notamment d'un balan- cier-spiral de montre ou de réveil.
Jusqu'à maintenant, on mesurait la marche des montres, en étudiant, pendant quelques secondes, les tops fournis par les bruits de l'happement, mais ce procédé manque de précision parce qu'il est à phase variable est parce que la marche d'un oscillateur Chro- nométrique est tributaire des variations d'amplitude. Si le résultat de cette -analyse révélait une marche défectueuse,
la raison pouvait en être une insuffisance de précision de fabrication ou un mauvais réglage de l'isochronisme. Si, au contraire, la marche se révélait bonne, cela signifiait que la montre avait été bien terminée , c'est-à-dire bien réglée, mais cela ne prouvait pas que l'isochronisme était durable, car une fabrication défectueuse de certaines pièces, notamment des engrenages, pouvait très bien conduire,
à plus ou moins longue échéance, à des variations d'isochronisme alors insoupçonnées. On essayait bien die faire des sondages à un autre degré de tension du ressort, après déroulement partiel du rouage, mais cette manière de procéder est empirique.
Par ailleurs, on avait également essayé d'avoir des indications sur la valeur de l'amplitude par l'analyse de la durée des tops sonores de l'échappement ou par l'observation visuelle des fins de course angulaire dës bras du balancier, en particulier par l'emploi d'une machine à projeter, mais de tels procédés ne laissent pas de traces enregistrées et donnent des indications imprécises sujettes aux erreurs individuelles des opérateurs.
Pour mesurer l'amplitude, on connaît aussi le procédé dit de la montre oscillante, basé sur le principe de la conservation des quantités de mouvement, et au moyen duquel on enregistre les variations d'amplitude des oscillations de l'ensemble du mouvement de la monstre monté sur un support pivotant, de façon à en déduire les variations d'amplitude des mouvements du balancier.
Mais ce procédé ne donne pas satisfaction non plus, en raison des forces d'inertie importantes qui interviennent et des réactions des deux mouvements d'oscillation couplés du balancier et du mouvement de montre, qui modifient la marche de la montre. Enfin des mesures ont été faites. en mesurant, au compteur électronique ou à l'osclllographe, le temps séparant le passage de deux signaux lumineux issus. du balancier.
Mais cette méthode ne se prête pas à des enregistrements directs.
En résumé, jusqu'à maintenant, on mesure d'une part la marche des montres avec une précision suffi santé mais sans assurance à priori d'un parfait iso- chronisme, et d'autre part, l'amplitude avec une précision moindre ou se prêtant difficilement à des enre- gistrements. De plus, ces deux mesures sont faites séparément,
de sorte qu'on ne possède pas d7enregis- trements simultanés de la marche et de l'amplitude. Or, de tels enregistrements seraient tout à fait souhai, tables pour le termineur, puisque la régularité die marche est fonction de la régularité de l'amplitude.
Le but de l'invention est de réaliser une installa- tion qui permette de mesurer par des enregistrements, avec précision et très facilement, non seulement les variations de l'amplitude des oscillations d'un oscil- lateur chronométrique, notamment d'un balancier de montre, mass aussi la valeur absolue de cette -amplitude.
A cet effet, l'invention tire parti du fait que la mesure de l'amplitude d'un oscillateur chronométri-
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que peut se ramener à la mesure d'un temps. En effet Tout oscillateur chronométrique obéit à la loi de mouvement
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dans laquelle: A est l'amplitude à l'instant t Ao l'amplitude maximum T la période.
Par suite, pour parcourir un angle a, à partir de l'élongation Al ,l'oscillateur met un temps
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Etant donné que Al et a sont des valeurs constan- tes et connues, le temps Tau n'est fonction que de la seule variablD Ao c'est-à-dire de l'amplitude de l'oscil- lateur. Ii en résulte qu'on peut connaître l'amplitude par la mesure du temps Tau précité.
Dans un petit domaine de variation, l'amplitude Ao est une fonction sensiblement linéaire du temps Tau, de sorte qu'un enregistrement de Tau révélera immédiatement des variations d'amplitude.
L'invention a donc pour objet une installation de mesure de l'amplitude et des variations d'amplitude d'un oscillateur chronométrique, notamment d'un balancier de montre, ladite installation comprend un chronographe enregistreur et un appareil photoélectrique propre à envoyer dans ledit chronographe enregistreur une série de deux impulsions correspon- dant,
respectivement au début et à la fin de l'inter- valle de temps. Tau que met l'oscillateur pour parcourir un angle prédéterminé de sa course, de façon que la mesure des intervalles de temps précités sur le chronographe enregistreur permette de connaître la valeur de l'amplitude, celle-ci étant liée à l'intervalle de temps Tau précité, par la relation
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dans laquelle :
T est la période de l'oscillateur Ao, l'amplitude maximum a, l'angle parcouru à partir de l'élongation AI.
Le dessin montre, à titre d'exemple non limitatif, un mode de réalisation de l'invention.
La fig. 1 est un graphique montrant la répartition des tops de mesure d'amplitude en fonction des variations d'amplitude.
La fig. 2 est un autre graphique montrant la formation des courbes de marche et de mesure d'ampli- tude sur le chronographe enregistreur.
La fig. 3 montre la position des rayons lumineux par rapport aux bras d'un balancier de montre, au moment de l'émission d'un top fort.
La fig. 4 représente, en perspective, un microscope équipé d'un dispositif suivant l'invention, ainsi que d'un microphone.
La fig. 5 montre un fragment de la bande d'enregistrement à sa sortie du chronographe enregis- treur. La fig. 6 montre un cadran gradué pour la mesure directe des amplitudes inscrites sur la bande enregistreuse, et la fig. 7 représente un écran ajouré associé à un photomultiplicateur destiné à remplacer les cellules photoélectriques.
Si l'on se réfère d'abord à la fig. 1, qui concerne un balancier classique de montre, à dieux bras, de période T = 0,4 sec, et si l'on observe le passage de ses bras par la position d'équilibre de l'un d'eux, on constate que, lorsque l'amplitude du balancier est inférieure à 180 , par exemple Ao = 1350 suivant la courbe (1) de cette figure, on observe un passage à chaque demi-période seulement, soit aux temps t = 0, t = 0,2 et t = 0,4.
Pour une amplitude qui serait rigoureusement égale à 180 , on observerait, en outre, un passage à t = 0,1 et un passage à t = 0,3.
Pour une amplitude légèrement supérieure à 180 , par exemple Ao = 1850, on obtient la courbe (2), c'est-à-dire le passage du premier bras à chaque demi-période (t --- 0 ; t = 0,2 ;
t = 0,4) et le passage du deuxième bras en deux instants a, b et c, d symétriques par rapport aux instants t = 0,1 et t = 0,3 des quarts et trois-quarts de période. L'intervalle de temps Tau compris entre les points e et c représente le temps que met le balancier pour parcourir un demi-tour soit 180o. C'est ce temps que l'on enregistrera sur le chronographe pour obtenir la mesure de l'amplitude, ainsi qu'on l'a exposé plus haut.
En comparant lies différentes courbes de la fig. 1, on voit, qu'à période égale, le temps Tau est évidemment d'autant plus court que l'amplitude est grande. On a indiqué trois autres courbes (3), (4), (5) pour des amplitudes de 225 , 270o et 3150 respectivement; les amplitudes classiques. étant en général comprises entre ces valeurs de 225o à 315o.
Dans l'application de la formule indiquée plus haut
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Al = 0 puisqu'on observe le premier bras à sa position d'équilibre, a = 180 , c'est l'angle- que font les dieux bras l'un par rapport à l'autre et que parcourt le balancier pendant le temps Tau, on mesure le temps Tau, et, de cette formule, on déduit l'amplitude A" du balancier.
En enregistrant les tops dus au passage du premier bras à sa position d'équilibre, c'est-à-dire les points tels que e, on obtient aussi, évidemment, la marche du balancier.
L'installation représentée à la fig. 4, qui permet d'effectuer des enregistrements, comporte d'abord un microscope- dont le bâti 1 est inclinable autour d'un axe horizontal 2 sur un pied 3, de telle façon que le mouvement de montre étudié 4, fixé sur la table 5 du microscope puisse occuper toutes les positions inclinées désirées, et notamment les positions limites horizontale et verticale. La table 5 est du type pivotant et centrable pour qu'on puisse amener,
avec pré-
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cision, le balancier de la montre dans l'axe de l'objectif 6 du microscope et dans la position angulaire de repos désirée.
L@objecf du microscope est muni d'un dispositif illuminateur 7. On a indiqué en 8 et 9, les deux boutons classiques de mise au point, rapide, et lente respectivement.
11 est un dispositif jouant le rôle d'oculaire surmonté d'une chambre noire 12 d'ans laquelle peut se former l'image du balancier et qui est munie de deux cellules photoélectriques.
13, par exemple des photo. diodes au germanium, montées avec une résistance de charge commune. On utilise le défaut optique dit effet de bord en plaçant les cellules exactement sur les bords de l'image du bras 15 du balancier 16 de la montre en position d'équilibre (fig. 3),
à un emplacement radial tel que les rayons lumineux sus- ceptibles d'atteindre ces deux cellules ne soient jamais interceptés par le spiral ni par les extrémités des vis d'équilibrage. Les cellules sont montées. de façon qu'on puisse régler leur distance en fonction de la largeur du bras du balancier à examiner.
Lorsque l'image du bras du balancier se trouve centrée entre les deux cellules, on recueille un top fort à la sortie des deux cellules, par opposition aux tops faibles fournis lorsque l'image du bras entre dans l'angle au centre formé par l'axe du balancier et les deux cellules, ou bien sort de cet angle, car alors une seule cellule est influencée. Bien entendu,
on .recueillie un top fort également au passage de l'image du deuxième bras dès que l'amplitude du balancier dépasse 1800, ce qui est le cas général.
Les cellules photoélectriques 13 sont reliées électriquement par un câble 18 à l'entrée de l'amplifica- teur 21 d'un chronographe enregistreur 22 de type classique.
Un viseur 23 permet, par une mise au point visuelle, d'assurer la mise au point de l'image du balancier dans la chambre noire.
Pour pouvoir étudier en même temps l'échappement par ses bruits, on a prévu, sur la table 5 du microscope un microphone 24, par exemple piézo- électrique, sur lequel on pose la montre à étudier. Un inverseur 25 permet d'envoyer au chronographe enregistreur, sélectivement, les tops photoélectriques dus aux passages des bras du balancier dans le champ des cellules, ou bien les tops dus aux bruits de l'échappe- ment perçus par le. microphone.
Les cellules peuvent être alimentées par une tension prélevée sur 1e chronographe ou par une abmen- tation indépendante utilisant, par exemple, le trais- formateur basse tension habituellement prévu pour l'alimentation de Pilluminateur 7.
On règle 1a sensibilité de l'amplificateur de façon telle que le chronographe soit insensible aux tops faibles tels que. définis plus haut. On peut aussi interpo- ser, dans le circuit de, ,liaison dies cellules au chronographe, un étage écrêteur classique,
par exemple à diode ou à transistor pour ne laisser passer que les tops dits forts. Le fonctionnement de l'installation est le suivant on commence par placer le bâti basculant dû micro- scope dans la position angulaire qui convient pour que la table 5 se trouve soit en position horizontale, soit en position verticale, soit encore dans, une posi- tion intermédiaire,
et l'on fixe la montre à examiner 4 sur le microphone 24, en repérant son orientation au moyen de la tige du remontoir. La position du bras de balancier, au repos, varie très peu d'une montre à l'autre, de sorte que pour orienter -exactement la montre en vue d'obtenir dies tops aux ampli- tudes A = 0 et A = n, il suffit de faire un réglage . final dans un angle de faible étendue.
Ce réglage final peut d'ailleurs se faire très simplement et très rapidement, car ainsi qu'on le comprendra mieux plus loin, tant que le réglage correct n'est pas atteint, le chronographe enregistre une double trace. La montre est placée sur un montage pivotant dont l'axe coïncide avec celui du balancier,. de sorte qu'en faisant pivoter la montre,
on obtient quasi instantané- ment l'orientation correcte.
Dans un chronographe enregistreur à étincelles, par exemple, un disque imprimeur est mû par un moteur synchrone de la période d'un oscillateur 6ta- lon associé au chronographe enregistreur. Le papier d'enregistrement P (fig. 2)
est cintré en forme de portion de surface cylindrique coaxiale au disque et est animé d'un mouvement de translation uniforme suivant sa longueur dans le sens de la flèche f. Une inscription continue donnerait une ligne en hélice L dont le développement, lorsque le papier est remis à plat,
est une droits. Cette ligne fictive constitue l'axe des temps le long de laquelle vont s'inscrire des points figuratifs des tops photoélectriques envoyés par les cellules du microscope, l'inverseur 25 de celui-ci étant dans la position correspondante.
Ainsi, à partir du temps 10, pour une amplitude Ao = 2700 par exemple, les points correspondant aux instants t1, t2, t3, t4 et t5 de la courbe (4) de la fig. 1, s'inscrivent sur la bande de papier respectivement en a, b, e, c et d (fig. 2).
Les points tels que a et c forment une ligne II, les points tels que t0 et e forment une -ligne 1, et les points tels que b et d, une ligne III. En pratique, les points sont très rapprochés les uns des autres, ainsi que le montre la reproduction d'enregistrement de la fig. 5.
Le graphique de la fig. 2 correspond à un fonctionnement théorique parfait d'une montre. La courbe I est parallèle à la direction f, c'est-à-dire aux bords de la bande dé papier, ce qui signifie que lu. marche de la montre est rigoureusement synchrone de celle de l'oscillateur étalon. Par ail ours, les deux courbes II et III sont parallèles à la courbe I et rectilignes, ce qui prouve l'absence de variations d'ampli tuile, d'après ce qui a été exposé plus haut.
Les deux courbes II et III, aussi bien en théorie qu'en pratique, sont symétriques l'une de Poutre par rapport à la courbe I.
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En réalité, on observe toujours des courbes qui présentent des écarts par rapport à ces trais courbes rectilignes théoriques, comme par exemple les courbes de l'enregistrement de la fig. 5, où la courbe de marche I' descend légèrement par rapport à la courbe théorique I,
ce qui implique une période du balancier de montre un peu plus longue que la période de réfé- rence du chronographe, et par conséquent, un léger retard de la montre.
Les deux courbes II' et III' suivent évidemment l'allure générale descendante de la courbe I', symé- triquement par rapport à celle-ci. Ce que l'on retient au sujet des deux courbes II' et III', ce n'est pas leur pente éventuelle, mais les variations de la distance qui les sépare.
Il est d'ailleurs plus. aisé, d'un seul coup d'aeil, d'apprécier les variations de distance entre les Baux courbes II' et III' qu'entre l'une seule- ment de ces deux courbes et la courbe de marche I'.
On a vu plus haut, comment l'enregistrement du temps Tau , intervalle entre les instants tels que t3 et t4 (ligne 4 de la fig. 1), et qui se traduit par lés deux courbes II' et III', donne la valeur de l'amplitude absolue instantanée du balancier. La distance entre l'une des courbes II' ou III' et la courbe de marche I', ou ce qui revient au même, au coefficient 2 près, la distance entre les deux courbes, II' et III' donne, à chaque instant, la valeur de l'amplitude du balancier.
On ne reviendra pas sur les avantages exposés plus haut, que présente l'enregistrement simultané de la courbe de marche I' et -de la courbe d7ampli- tude II'. On notera, cependant, qu'on tend de plus en plus, à présenter les montres aux organismes de con- trôle,
avec un fond en plexiglass et qu'il n'est alors pas nécessaire de les ouvrir pour utiliser l'appareil suivant l'invention. La fig. 6 montre un cadran transparent 27 derrière lequel défile 11a bande d'enregistrements, et qui porte une graduation de référence permettant d'apprécier instantanément la valeur de l'amplitude fournie par les courbes. II' et III'.
Dans un autre mode de réalisation, au lieu d'utiliser un cadran transparent, on pourrait projeter la graduation de préférence sur la bande d'enregistrement.
L'amplitude habituelle des balanciers de montre à ancre se situant entre 2250 et 3150, et la période étant de T = 0,4 s, la variation du temps Tau pour une variation d'amplitude atteignant ces deux limites est de 0,02 seconde. Les chronographes enre- gistreurs connus étant sensibles à des temps beaucoup plus courts, on voit qu'on peut enregistrer la valeur de l'amplitude absolue et les variations de marche,
avec une précision tout à fait satisfaisante.
Très près de la position d'équilibre du balancier, l'erreur apportée par les variations d'amplitude dans la mesure de la marche est négligeable. De même, les variations de marche n'introduisent que d'es erreurs négligeables dans la mesure des variations d'ampli- tudec loin des positions d'équilibre du balancier. Si l'on place l'inverseur 25 sur l'autre position, on enregistre alors, sur la même bande, les tops dus aux bruits de l'échappement, ce qui permet,
notam- ment de régler le repère , c'est-à-dire de placer les organes qui définissent les fonctions d'échappement symétriquement par rapport à la position d'équilibre du balancier.
La fig. 2 montre aussi comment, pour d'autres valeurs de l'amplitude du balancier, par exemple pour Ao = 225 , les points caractéristiques se trouvent déplacés, sur les courbes du chronographe, comme indiqué en J et K respectivement. Les points tels que J et K formeraient les nouvelles courbes d'amplitude.
Pour une amplitude Ao = 1800, les points t1 et t2 seraient confondus, à la fin du quart de période. Pour des amplitudes inférieures à 180 , il n'y a plus de tops forts (t1 et t2, ni t4 et t5) entre les points d'équilibre du balancier.
Au lieu de deux cellules disposées comme indiqué, on pourrait utiliser une seule cellule, mais les enregistrements seraient moins clairs du fait de l'absence des tops forts caractéristiques des passages du balancier par sa position d'équilibre.
Dans des cas particuliers, il peut être intéressant de n'utiliser qu'une seule cellule, mais de tracer sur la serge du balancier deux traits radiaux séparés par un angle au centre. connu, ou encore de pointer la serge.
Pour pallier la difficulté qui se présente lorsqu'aucun des bras de balancier n'est découvert à la posi- tion d'équilibre et lorsqu'on ne veut pas modifier la position angulaire de chassage du balancier sur son axe, on peut faire sur la serge, en un endroit visible à la position d'équilibre, deux touches très fines, dia- m6tralement opposées par exemple, de produit à base de radium utilisé pour les cadrans et aiguilles lumineux,
ou de tout autre corps émettant un rayonnement susceptible d'être recueilli par un capteur et transformé par lui en courant électrique. Il suffit alors d'illuminer le balancier avec une source conve- nable, lumière moire par exemple.
Pour obtenir une plus grande sensibilité, dans un autre mode de réalisation, on utilise un photomulti- plicateur. La monstre à étudier peut aussi être placée sur la table d'une machine à projeter qui donne sur un verre dépoli une image agrandie du balancier. Un photomultiplicateur placé comme les cellules précédentes permet d'obtenir des signaux très nets et donc précis.
Dans le cas où l'on utilise un photomultiplicateur, les cellules photoélectriques n'existent pas; on inter- pose sur le trajet des rayons lumineux 31 (fig. 7) destinés à venir frapper la surface sensible 32 du photomultiplicateur disposé dans la partie supérieure de la chambre noire 12 (fig. 4), un écran ou obturateur 33 prés-entant deux fentes.
34 dont l'écartement correspond à celui des cellules photoélectriques du mode de réalisation décrit plus haut. On obtient donc un top fort chaque fois que, le balancier passant par sa position d'équilibre, des rayons lumineux correspon-
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dant à l'image du bras du balancier, à cet instant, viennent frapper la surface sensible 32 du photomul- tiplicateur, en passant simultanément dans les dieux fentes 34.
On peut disposer d'un jeu d'écrans 33 avec des distances de fentes différentes correspondant aux diverses largeurs des bras de balanciers, de sorbe qu'on n'a pas de réglage à faire en utilisation, Les chronographes à étincelles possèdent une alimentation en très haute tension (THT) qu'il est tout indiqué d'utiliser aussi pour l'alimentation d'un pho- tomultiplicateur. On se dispense ainsi,
pour ce dernier, de faire les frais d'une alimentation THT indi- viduelle.
Le dispositif photoélectrique décrit délivre six tops forts par période, pour une amplitude supérieure à 1800 ; or, certains chronographes du commerce peuvent ne pas "être prévus pour suivre une cadence aussi rapide, mais il est en général facile, par une modification simple, de les adapter à ce régime de travail, notamment en ce qui concerne les chronographes à frappe,
en interposant un basculeur électroni- que qui élimine des points, de sorte que le chrono- graphe n'a à répondre qu'à une impulsion sur dieux, ou bien urne sur quatre, par exemple. On peut encore attaquer le chronographe sur une entrée spéciale, par exemple, celle prévue pour le comptage dies spiraux.
L'installation décrite permet aussi à l'horloger de contrôler l'isochronisme et l'amortissement du balan- cier-spiral non entretenu, ce qui est dù. plus haut intérêt pour effectuer le réglage rapide de l'isochro- nisme et pour connaître la marche due à l'échappement, donc sa bienfacture.
La méthode décrite peut être utilisée quel que soit le mode d'entretien du balancier-spiral : mécanique, électrique, électronique. Il est par ailleurs évident que la méthode peut être extrapolée sur les oscillateurs de tous types en variant le système pho- toélectrique, en particulier sur les pendules de torsion ou de gravité.
En utilisant des basculeurs électroniques (Trigger de Schmidt) pour fournir les tops à partir de la tension alternative produite, elle peut encore être mise en oeuvre sur des oscillateurs, à dia- pason, quartz, résistance-capacité, self-capacité, etc.
Il est intéressant, par ailleurs de prévoir sur le chronographe, des, moyens pour régler la période de l'oscillateur de référence du chronographe, de façon à pouvoir l'ajuster sensiblement sur celle de l'oscilla- teur chronolographique à étudier en vue d'obtenir immédiatement un graphique clair dies variations d'amplitudes de ce dernier,
même avant que le réglage de sa marche soit effectué.
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Installation for measuring the amplitude and variations in amplitude of a chronometric oscillator The present invention relates to an installation. which makes it possible to measure, with great precision, the amplitude and the variations in amplitude of a chronometric oscillator, in particular of a watch or alarm balance spring.
Until now, we measured the rate of watches, by studying, for a few seconds, the peaks provided by the noise of the exhaust, but this process lacks precision because it is variable phase and because the rate A Chronometric oscillator is dependent on variations in amplitude. If the result of this analysis reveals a faulty step,
the reason could be a lack of manufacturing precision or a bad adjustment of the isochronism. If, on the contrary, the rate turned out to be good, this meant that the watch had been well finished, that is to say well adjusted, but this did not prove that the isochronism was durable, because faulty manufacture of certain parts , especially gears, could drive very well,
more or less long term, to then unsuspected variations in isochronism. We tried to make soundings at a different degree of spring tension, after partial unwinding of the gear train, but this way of proceeding is empirical.
In addition, we had also tried to obtain information on the value of the amplitude by analyzing the duration of the acoustic peaks of the escapement or by visual observation of the angular limit switches of the arms of the balance, in particularly by the use of a spraying machine, but such methods do not leave recorded traces and give imprecise indications subject to individual operator errors.
To measure the amplitude, the so-called oscillating watch method is also known, based on the principle of the conservation of quantities of movement, and by means of which the variations in amplitude of the oscillations of the entire movement of the watch are recorded. monster mounted on a swivel support, so as to deduce the variations in amplitude of the movements of the balance.
But this process is not satisfactory either, owing to the significant inertia forces which intervene and the reactions of the two oscillatory movements coupled with the balance wheel and the watch movement, which modify the rate of the watch. Finally measurements were made. by measuring, with an electronic counter or with an osclllograph, the time separating the passage of two resulting light signals. of the balance.
But this method does not lend itself to direct recordings.
To sum up, up to now, we have measured on the one hand the rate of watches with sufficient precision but without a priori assurance of perfect isochronism, and on the other hand, the amplitude with less or less precision. hardly suitable for recordings. In addition, these two measurements are made separately,
so that simultaneous gait and amplitude recordings are not available. However, such recordings would be entirely desirable, tables for the terminator, since the regularity of the march is a function of the regularity of the amplitude.
The aim of the invention is to provide an installation which makes it possible to measure by recordings, with precision and very easily, not only the variations in the amplitude of the oscillations of a chronometric oscillator, in particular of a balance wheel. of watch, mass also the absolute value of this -amplitude.
To this end, the invention takes advantage of the fact that the measurement of the amplitude of a time-controlled oscillator
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that can be reduced to the measure of a time. Indeed, any chronometric oscillator obeys the law of motion
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in which: A is the amplitude at time t Ao the maximum amplitude T the period.
Consequently, to traverse an angle a, from the elongation Al, the oscillator takes a time
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Since Al and a are constant and known values, the time Tau is only a function of the single variable Ao, that is to say of the amplitude of the oscillator. It follows that the amplitude can be known by measuring the aforementioned time Tau.
In a small range of variation, the amplitude Ao is a substantially linear function of the Tau time, so a recording of Tau will immediately reveal variations in amplitude.
The subject of the invention is therefore an installation for measuring the amplitude and variations in amplitude of a chronometric oscillator, in particular of a watch balance, said installation comprising a recording chronograph and an own photoelectric camera to be sent to said chronograph recording a series of two corresponding impulses,
at the start and end of the time interval respectively. Tau that the oscillator takes to travel a predetermined angle of its travel, so that the measurement of the aforementioned time intervals on the recording chronograph makes it possible to know the value of the amplitude, this being linked to the time interval Tau cited above, by the relation
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in which :
T is the period of the oscillator Ao, the maximum amplitude a, the angle traveled from the elongation AI.
The drawing shows, by way of nonlimiting example, one embodiment of the invention.
Fig. 1 is a graph showing the distribution of the amplitude measurement tops as a function of the amplitude variations.
Fig. 2 is another graph showing the formation of the rate and amplitude measurement curves on the recording chronograph.
Fig. 3 shows the position of the light rays with respect to the arms of a watch balance, when a strong signal is emitted.
Fig. 4 shows, in perspective, a microscope equipped with a device according to the invention, as well as a microphone.
Fig. 5 shows a fragment of the recording tape as it exits the recording chronograph. Fig. 6 shows a graduated dial for the direct measurement of the amplitudes inscribed on the recording tape, and FIG. 7 shows a perforated screen associated with a photomultiplier intended to replace the photoelectric cells.
If we first refer to fig. 1, which concerns a classic watch balance, with god arms, period T = 0.4 sec, and if we observe the passage of its arms through the equilibrium position of one of them, we observe that, when the amplitude of the balance is less than 180, for example Ao = 1350 according to the curve (1) of this figure, we observe a passage at each half-period only, that is to say at times t = 0, t = 0, 2 and t = 0.4.
For an amplitude which would be strictly equal to 180, one would also observe a passage at t = 0.1 and a passage at t = 0.3.
For an amplitude slightly greater than 180, for example Ao = 1850, we obtain curve (2), i.e. the passage of the first arm at each half-period (t --- 0; t = 0, 2;
t = 0.4) and the passage of the second arm in two instants a, b and c, d symmetrical with respect to the instants t = 0.1 and t = 0.3 of the quarter and three-quarter period. The time interval Tau between points e and c represents the time it takes for the balance to travel a half-turn, ie 180o. It is this time that we will record on the chronograph to obtain the amplitude measurement, as explained above.
By comparing the different curves of fig. 1, we see, that at equal period, the time Tau is obviously all the shorter as the amplitude is large. Three other curves have been indicated (3), (4), (5) for amplitudes of 225, 270o and 3150 respectively; classical amplitudes. being generally between these values of 225o to 315o.
In the application of the formula indicated above
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Al = 0 since we observe the first arm in its equilibrium position, a = 180, this is the angle that the gods arms make with respect to each other and that the pendulum travels during time Tau, we measure the time Tau, and, from this formula, we deduce the amplitude A "of the balance.
By recording the tops due to the passage of the first arm to its equilibrium position, that is to say the points such as e, one also obtains, of course, the rate of the balance.
The installation shown in fig. 4, which makes it possible to make recordings, comprises first of all a microscope - the frame of which 1 is tiltable around a horizontal axis 2 on a foot 3, so that the studied watch movement 4, fixed on the table 5 of the microscope can occupy all the desired inclined positions, and in particular the horizontal and vertical limit positions. Table 5 is of the pivoting and centering type so that we can bring,
with pre-
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cision, the balance of the watch in the axis of the objective 6 of the microscope and in the desired angular rest position.
The lens of the microscope is provided with an illuminating device 7. At 8 and 9, the two conventional buttons for focusing, fast and slow, respectively, have been indicated.
11 is a device playing the role of eyepiece surmounted by a dark chamber 12 in which the image of the balance can be formed and which is provided with two photoelectric cells.
13, for example photos. germanium diodes, mounted with a common load resistor. The so-called edge effect optical defect is used by placing the cells exactly on the edges of the image of the arm 15 of the balance 16 of the watch in the equilibrium position (fig. 3),
at a radial location such that the light rays likely to reach these two cells are never intercepted by the hairspring or by the ends of the balancing screws. The cells are mounted. so that their distance can be adjusted as a function of the width of the balance arm to be examined.
When the image of the balance arm is centered between the two cells, we collect a strong top at the exit of the two cells, as opposed to the weak tops provided when the image of the arm enters the central angle formed by the axis of the balance and the two cells, or else leaves this angle, because then only one cell is influenced. Of course,
a strong signal is also picked up when passing the image of the second arm as soon as the amplitude of the balance exceeds 1800, which is the general case.
Photoelectric cells 13 are electrically connected by a cable 18 to the input of amplifier 21 of a recording chronograph 22 of conventional type.
A viewfinder 23 makes it possible, by visual focusing, to ensure the focusing of the image of the balance in the darkroom.
In order to be able to study the escapement at the same time by its noises, a microphone 24, for example piezoelectric, is provided on the table 5 of the microscope, on which the watch to be studied is placed. An inverter 25 makes it possible to send to the recording chronograph, selectively, the photoelectric tops due to the passage of the arms of the balance wheel in the field of the cells, or else the tops due to the noise of the exhaust perceived by the. microphone.
The cells can be supplied by a voltage taken from the chronograph or by an independent abortion using, for example, the low voltage transformer usually provided for the supply of the illuminator 7.
The sensitivity of the amplifier is adjusted so that the chronograph is insensitive to low peaks such as. defined above. It is also possible to interpolate, in the circuit of,, linking the cells to the chronograph, a conventional clipper stage,
for example with diode or transistor to allow only the so-called strong tops to pass. The operation of the installation is as follows: we begin by placing the tilting frame of the microscope in the angular position which is suitable so that the table 5 is either in a horizontal position, or in a vertical position, or again in a position. intermediate tion,
and the watch to be examined 4 is fixed on the microphone 24, identifying its orientation by means of the winding stem. The position of the balance arm, at rest, varies very little from one watch to another, so that in order to orient the watch exactly in order to obtain dies tops at the amplitudes A = 0 and A = n, just make an adjustment. final in a small angle.
This final adjustment can moreover be done very simply and very quickly, because, as will be better understood later, as long as the correct adjustment is not reached, the chronograph records a double trace. The watch is placed on a pivoting assembly whose axis coincides with that of the balance. so that by rotating the watch,
the correct orientation is obtained almost instantaneously.
In a spark recording chronograph, for example, a printing disc is driven by a motor synchronous with the period of a 6talon oscillator associated with the recording chronograph. The recording paper P (fig. 2)
is bent in the form of a portion of a cylindrical surface coaxial with the disc and is driven by a uniform translational movement along its length in the direction of arrow f. A continuous inscription would give a helical line L whose development, when the paper is flattened,
is a rights. This fictitious line constitutes the time axis along which will be inscribed figurative points of the photoelectric tops sent by the cells of the microscope, the inverter 25 thereof being in the corresponding position.
Thus, from time 10, for an amplitude Ao = 2700 for example, the points corresponding to the instants t1, t2, t3, t4 and t5 of the curve (4) of FIG. 1, are inscribed on the strip of paper respectively at a, b, e, c and d (fig. 2).
Points such as a and c form a line II, points such as t0 and e form a -line 1, and points such as b and d form a line III. In practice, the points are very close to each other, as shown in the recording reproduction of FIG. 5.
The graph of fig. 2 corresponds to perfect theoretical operation of a watch. The curve I is parallel to the direction f, that is to say to the edges of the paper web, which means that read. operation of the watch is strictly synchronous with that of the standard oscillator. By ail bear, the two curves II and III are parallel to the curve I and rectilinear, which proves the absence of variations in amplitude tile, according to what was exposed above.
The two curves II and III, both in theory and in practice, are symmetrical one of Beam with respect to curve I.
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In reality, curves are always observed which present deviations from these theoretical straight lines, such as for example the curves of the recording of FIG. 5, where the operating curve I 'drops slightly compared to the theoretical curve I,
which implies a period of the watch balance which is slightly longer than the reference period of the chronograph, and consequently a slight delay of the watch.
The two curves II 'and III' obviously follow the general downward trend of the curve I ', symmetrically with respect to the latter. What we remember about the two curves II 'and III' is not their possible slope, but the variations in the distance between them.
It is moreover more. easy, at a glance, to appreciate the variations in distance between the Baux curves II 'and III' than between only one of these two curves and the walking curve I '.
We saw above, how the recording of the time Tau, interval between instants such as t3 and t4 (line 4 of fig. 1), and which results in the two curves II 'and III', gives the value of the instantaneous absolute amplitude of the balance. The distance between one of the curves II 'or III' and the walking curve I ', or what amounts to the same, except for the coefficient 2, the distance between the two curves, II' and III 'gives, at each instant , the value of the amplitude of the balance.
We will not come back to the advantages explained above, of the simultaneous recording of the rate curve I 'and of the amplitude curve II'. It should be noted, however, that there is an increasing tendency to present watches to regulatory bodies,
with a plexiglass bottom and that it is then not necessary to open them to use the apparatus according to the invention. Fig. 6 shows a transparent dial 27 behind which scrolls 11a strip of recordings, and which bears a reference graduation making it possible to instantly assess the value of the amplitude supplied by the curves. II 'and III'.
In another embodiment, instead of using a transparent dial, the graduation could preferably be projected onto the recording tape.
The usual amplitude of anchor watch balances being between 2250 and 3150, and the period being T = 0.4 s, the variation of the Tau time for an amplitude variation reaching these two limits is 0.02 seconds . Known chronograph recorders being sensitive to much shorter times, it can be seen that the value of the absolute amplitude and the rate variations can be recorded,
with quite satisfactory precision.
Very close to the balance position of the balance, the error caused by the amplitude variations in the measurement of the rate is negligible. Likewise, variations in rate introduce only negligible errors in the measurement of variations in amplitude far from the balance positions of the balance. If the reverser 25 is placed in the other position, the tops due to the noise of the exhaust are then recorded on the same band, which allows,
in particular to adjust the mark, that is to say to place the components which define the escapement functions symmetrically with respect to the balance position of the balance.
Fig. 2 also shows how, for other values of the amplitude of the balance, for example for Ao = 225, the characteristic points are displaced, on the curves of the chronograph, as indicated at J and K respectively. Points such as J and K would form the new amplitude curves.
For an amplitude Ao = 1800, the points t1 and t2 would be the same, at the end of the quarter period. For amplitudes less than 180, there are no longer any strong tops (t1 and t2, nor t4 and t5) between the balance points of the balance.
Instead of two cells arranged as indicated, one could use a single cell, but the recordings would be less clear due to the absence of the strong peaks characteristic of the passages of the balance through its equilibrium position.
In particular cases, it may be advantageous to use only one cell, but to draw on the rim of the balance two radial lines separated by an angle in the center. known, or to point the serge.
To alleviate the difficulty which arises when none of the balance arms is uncovered in the equilibrium position and when one does not want to modify the angular driving position of the balance on its axis, it is possible to use the serge, in a visible place in the equilibrium position, two very thin keys, diametrically opposed for example, of radium-based product used for luminous dials and hands,
or any other body emitting radiation capable of being collected by a sensor and transformed by it into electric current. It is then sufficient to illuminate the balance with a suitable source, eg moire light.
To achieve greater sensitivity, in another embodiment, a photomultiplier is used. The monster to be studied can also be placed on the table of a projection machine which gives a magnified image of the balance on a ground glass. A photomultiplier placed like the previous cells makes it possible to obtain very clear and therefore precise signals.
In the case where a photomultiplier is used, the photoelectric cells do not exist; light rays 31 (fig. 7) intended to strike the sensitive surface 32 of the photomultiplier disposed in the upper part of the dark room 12 (fig. 4) are interposed on the path of the light rays 31 (fig. 4), a screen or shutter 33 presenting two slits.
34, the spacing of which corresponds to that of the photoelectric cells of the embodiment described above. A strong signal is therefore obtained each time, with the balance passing through its equilibrium position, corresponding light rays.
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Like the arm of the balance, at this instant, they strike the sensitive surface 32 of the photomultiplier, simultaneously passing through the slits 34.
It is possible to have a set of screens 33 with different slot distances corresponding to the various widths of the balancing arms, of rowan that does not have to be adjusted in use. The spark chronographs have a power supply. very high voltage (THT) that it is advisable to use also for the power supply of a photomultiplier. We dispense with this,
for the latter, to pay the cost of an individual THT power supply.
The photoelectric device described delivers six strong pulses per period, for an amplitude greater than 1800; now, some commercial chronographs may not "be designed to follow such a rapid rate, but it is generally easy, by a simple modification, to adapt them to this working regime, in particular as regards striking chronographs,
by interposing an electronic rocker which eliminates points, so that the chronograph only has to respond to one impulse on gods, or else four urns, for example. You can also start the chronograph on a special input, for example, that provided for counting hairspring dies.
The installation described also enables the watchmaker to control the isochronism and the damping of the unmaintained balance spring, which is due. greater interest in carrying out the rapid isochronism adjustment and in knowing the rate due to the escapement, and therefore its workmanship.
The method described can be used whatever the maintenance mode of the sprung balance: mechanical, electrical, electronic. It is also evident that the method can be extrapolated to oscillators of all types by varying the photocell system, in particular on torsion or gravity pendulums.
By using electronic rockers (Schmidt Trigger) to supply the tops from the produced alternating voltage, it can still be implemented on oscillators, with dia- pason, quartz, resistance-capacitor, self-capacitor, etc.
It is also interesting to provide on the chronograph, means for adjusting the period of the reference oscillator of the chronograph, so as to be able to adjust it appreciably on that of the chronolographic oscillator to be studied with a view to '' immediately obtain a clear graph of the variations in amplitudes of the latter,
even before the adjustment of its rate is carried out.