Procédé pour la mesure du diamètre d'un fil et dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé
On connaît un procédé pour mesurer le diamètre d'un fil porte à incandescence au moyen d'une cellule photoélectrique balayée par un faisceau lumineux émis par le fil et animé d'un mouvement par un miroir tournant. Ce procédé n'est pas utilisable pour des fils non métalliques.
L'invention a pour objet un procédé permettant de mesurer avec une très grande précision, en régime continu, le diamètre des fils en circulation sur les installations de filage ou de tissage, sans qu'un contact mécanique soit établi avec les fils.
Le procédé suivant l'invention est caractérisé en ce que le fil dont le diamètre est à mesurer est disposé dans la zone explorée par le faisceau mobile de manière à occulter ce dernier périodiquement pour moduler le flux lumineux recueilli par le dispositif photoélectrique en fonction du diamètre du fil.
L'invention a aussi pour objet un dispositif pour la mise en oeuvre de ce procédé.
On exposera ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une mise en oeuvre particulière du procédé revendiqué, en regard du dessin qui représente, également à titre d'exemple, une forme d'exécution particulière du dispositif permettant cette mise en oeuvre.
La fig. 1 représente une vue en coupe du capteur que comprend ladite forme d'exécution, coupe effectuée suivant un plan contenant l'axe du faisceau lumineux.
La fig. 2 représente la zone balayée par le faisceau lumineux à l'endroit où il est occulté par le fil sous test.
La fig. 3 traduit, au moyen d'une courbe, l'allure typique de la variation du flux lumineux reçu par la cellule photoélectrique.
La fig. 4 représente un schéma du circuit directement associe à la cellule photoélectrique.
La fig. 5 est un schéma de principe du circuit électronique associé au capteur.
Suivant la fig. 1, le capteur, dont la trace de l'enveloppe, dans la coupe, correspond au contour extérieur de la figure, comprend : -1'ensemble des éléments d'optique nécessaires à
la production du faisceau lumineux ; -le miroir oscillant et son mécanisme d'entretien ; -la cellule photoélectrique et le circuit électronique
qui lui est directement associé.
Le faisceau lumineux est produit à partir d'une source constituée par une lampe à filament incandescent 1, du type basse tension, alimentée en courant continu.
Une partie du flux de cette lampe est concentrée au moyen d'un condenseur 2, sur une ouverture 3 pratiquée dans la paroi 4. Cette ouverture, uniformément éclairée, est ici de forme rectangulaire et de dimensions réglables, par exemple au moyen de deux vis à pas fin commandant des lamelles.
La hauteur H de cette ouverture, hauteur comptée suivant une direction normale au plan de figure, sera usuellement supérieure à sa largeur L. A titre d'exemple, pour un réglage moyen : H = 2 mm ;
L = 0, 5 mm.
L'adoption d'une ouverture de forme rectangulaire n'est pas impérative ; s'il n'est pas nécessaire que la réponse de l'appareil soit linéaire il pourra, par exemple, être avantageux d'adopter une ouverture de forme circulaire.
Un objectif 5, du type photographique, situé audelà d'un diaphragme de limitation 6, donne (après réflexion du faisceau émergent, sous une incidence de 45^ sur le miroir oscillant 7) de l'ouverture 4 que l'on appellera fentes, une image située dans un plan normal au plan de figure et dont la trace, sur ce dernier, est repérée 8.
La distance entre le point nodal d'entrée de l'objectif et la fente étant, ici, fixée au double de la distance focale de l'objectif, la fente et son image ont, de ce fait, des dimensions égales. Il est évident que cette disposition n'a rien d'impératif : en particulier pour adapter le capteur à la mesure de fils de gros diamètre, on pourrait avoir intérêt à positionner l'objectif de telle sorte que l'image de la fente soit plus grande que la fente elle-même et réciproquement, dans le cas de fils de petit diamètre, positionner l'objectif pour obtenir une image plus petite que la fente.
Le faisceau, sur une petite portion de son trajet située de part et d'autre du plan image 8, se propage à l'extérieur de l'enveloppe du capteur.
Ce résultat est obtenu en pratiquant deux ouvertures 9 et 10 dans les parois parallèles, distantes par exemple d'environ un centimètre, du couloir 11.
Au-delà du couloir, une lentille 12, de distance focale adéquate, concentre le faisceau lumineux sur la cathode de la cellule photoélectrique 13.
L'image de la fente est animée d'un mouvement oscillatoire sinusoïdal dans le plan de figure. Ceci est obtenu en donnant au miroir 7 un mouvement oscillatoire permanent autour d'un axe situé dans son plan et normal au plan de figure. Ce miroir fait partie, par exemple, de l'équipage mobile d'un oscillographe miniature 14 à aimant mobile.
Un amplificateur à transistors, associé à cet organe et formant avec lui un ensemble compact, permet 1'entretien des oscillations de l'équipage mobile sur la fréquence propre de celui-ci, cette fréquence pouvant être de l'ordre de quelques centaines de Hertz.
L'amplitude a de l'oscillation du miroir est réglable : un potentiomètre placé sur l'oscillographe est prévu à cet effet.
Il est évident que tout dispositif autre que l'oscil- lographe évoqué ci-dessus, tel qu'un vibreur à rupteur permettant d'animer le miroir d'une oscillation permanente, pourra être utilisé.
D'autre part, l'oscillation du faisceau peut être obtenue par des moyens différents, tels que : -une source fixe avec un miroir tournant ou un
prisme tournant ou oscillant ; --une source oscillante.
C'est dans la zone balayée par l'image de la fente, à l'intérieur du couloir 11 que le fil dont on désire mesurer le diamètre doit être placé. Cette zone est celle d'occultation du faisceau.
La direction générale du fil dans cette zone doit être normale au plan de figure et il doit être situé dans le plan image 8 au centre de la zone balayée par le faisceau. En fait, ces conditions doivent être considérées comme exprimant des conditions idéales.
Pratiquement, le fil pourra présenter des écarts angulaires de l'ordre de quelques degrés sexagésimaux par rapport à la direction indiquée sans qu'il en résulte une erreur appréciable. Dans un plan perpendiculaire au faisceau et pour un réglage moyen de l'amplitude des oscillations de celui-ci, la position du fil pourra fluctuer de part et d'autre de la position moyenne du faisceau, la valeur maximale de cette fluctuation étant égale à l'amplitude de l'oscillation de l'image optique de la fente.
Enfin, la position du fil par rapport au plan image 8 n'est pas extrêmement critique : de petits écarts en avant ou en arrière de ce plan pourront être tolérés.
La fig. 2 représente, dans le plan image 8, le faisceau lumineux à un instant où il est occulté partiellement par le fil de diamètre apparent d. Sur cette figure les limites de la zone balayée par le faisceau sont représentées en pointillés.
On désignera par Fo la valeur du flux lumineux reçu par la cellule photoélectrique lorsque le faisceau n'est pas occulté par le fil et par F, la valeur de ce flux lorsque le faisceau est occulté.
Il est clair, d'après la fig. 2, que si le fil ne s'écarte pas sensiblement de la normale à la direction du balayage le rapport des flux F,, et Fi est égal au quotient de la largeur L de l'image optique de la fente-égale à la largeur de la fente-par la différence entre cette largeur et le diamètre apparent d du fil :
F. L
F, L-d
De cette relation on tire immédiatement la suivante, plus explicite :
Fo-F1 d F, L
La fig. 3 représente un régime typique de variation du flux reçu par la cellule.
L'occultation périodique du faisceau se traduit par des variations brusques et brèves du flux. Ces variations, d'amplitude AF = Fo-Fl proportionnelle au diamètre d du fil, sont équivalentes à des impulsions négatives de flux se répétant au rythme de deux impulsions par période T de balayage. Ces impulsions présenteront toutes entre elles un même intervalle de temps lorsque le fil sera placé exactement au centre de la zone de balayage.
La cellule photoélectrique est de préférence une cellule photo-émissive à vide poussé.
Le courant délivré par cette cellule étant, avec une très bonne approximation, proportionnel au flux lumineux que reçoit sa cathode, on peut disposer, aux bornes d'une résistance de charge convenable, d'une tension constituant une image électrique fidèle du flux lumineux reçu.
C'est à partir de cette tension que le circuit électronique associé au capteur élabore un signal électrique proportionnel au diamètre apparent du fil.
En fait, l'impédance du circuit de cellule étant très élevée on ne peut, sans la perturber gravement, transmettre sans précautions, au circuit électronique, la tension délivrée par la cellule ; un câble blindé est indispensable pour cette transmission et, vu la capacité relativement importante de ce type de ligne,
I'emploi d'un circuit adaptateur d'impédance s'avère nécessaire pour l'obtention d'un fonctionnement correct, en régime d'impulsions, de la cellule.
Ce circuit adaptateur, placé au sein du capteur
15 (fig. 1) au voisinage immédiat de la cellule, est schématisé à la fig. 4.
Il est constitué, d'une façon connue en soi, par un tube triode 16 monté en cathode suiveuse p.
L'impédance de sortie de ce montage étant faible la capacité propre du câble blindé 17 est sans influence appréciable sur le fonctionnement, en régime impulsionnel, du montage.
Le câble blindé est associé aux lignes nécessaires aux diverses alimentations du capteur. Cet ensemble de conducteurs constitue un câble général souple aux extrémités duquel sont montés des bouchons connecteurs qui permettent un raccordement commode de la prise 18 du capteur au circuit électronique.
Le signal électrique délivré par le capteur présente la même allure de variation que le flux lumineux. Si l'on désigne par So sa valeur de palier correspondant au flux Fo et par S l'amplitude de sa variation correspondant à Fo-F, (fig. 3) on a :
d=LS S ()
Pour un réglage donné de la largeur L de la fente, le diamètre d du fil testé est donc proportionnel au rapport de deux signaux électriques de même nature.
Cette formule suggère deux techniques permettant d'élaborer un signal électrique proportionnel au diamètre d.
L'une de ces techniques consiste à rendre stable
S, et à élaborer un signal de niveau convenable qui soit proportionnel au signal S.
La seconde technique consiste en la mise en ceuvre d'un circuit dont la fonction serait d'Úlaborer un signal proportionnel au quotient S/Sn Dans ce
SO second cas il s'agit donc de faire usage d'un circuit diviseur. Cette solution présente l'avantage de ne pas nécessiter une stabilisation de la source lumineuse, d'une part, et ne fait pas intervenir directement la sensibilité de la cellule, d'autre part.
Il existe de nombreux dispositifs ou montages permettant d'effectuer le quotient de deux signaux (en particulier l'appareil désigné usuellement par le nom logomètre ).
Le circuit électronique décrit ci-après et illustré par la fig. 5 met en oeuvre un circuit diviseur à servomécanisme.
Selon la fig. 5 le circuit électronique est composé de trois chaînes fonctionnelles comprenant chacune un amplificateur asymétrique, à tubes ou à transistors, du type à courant continu.
La première de ces chaînes comprend l'amplificateur A, dont la bande passante s'étend du continu jusqu'à une fréquence de l'ordre de 10 à 15 kHz et dont le gain est de l'ordre de 70 dB, par exemple.
Le rôle de cet amplificateur est de délivrer, sous basse impédance, une tension, image électrique du flux reçu par la cellule, d'un niveau appréciable.
Un réseau de contre-réaction comprenant la résistance R, et le condensateur Ci confère à cet amplificateur un gain apparent, relativement à la tension délivrée par la cellule, de l'ordre de 10 et une basse impédance de sortie.
En fait, cet amplificateur étant attaqué par le circuit de cellule, son gain apparent est pratiquement égal au quotient de l'impédance du circuit de contreréaction RIC, par l'impédance de sortie du circuit de cellule.
Le circuit de cellule étant défini, R1 et Ci sont dimensionnés de telle sorte que la tension de sortie de l'amplificateur soit une image fidèle du courant de cellule, d'une part, que le niveau de cette tension, pour un réglage moyen de la largeur de la fente, soit suffisant pour permettre un fonctionnement aussi parfait que possible des détecteurs attaqués par l'am- plificateur, d'autre part.
Avec un gain apparent de 10 et une largeur de fente de l'ordre de 0, 5 millimètre, la tension délivrée par l'amplificateur A, est de l'ordre de 15 volts.
Cette tension est la différence entre le potentiel de la borne isolée de sortie et celui de la masse auquel on attribue la valeur zéro. Elle est positive et l'allure de sa variation, en fonction du temps, est donnée par la courbe f.
Désignant par u la valeur de palier de cette tension et par v l'amplitude de ses variations impulsionnelles, on a : d = L-.
u
Un premier circuit détecteur, comprenant la diode D, et le circuit C2R2, attaqué par la tension délivrée par A1, élabore une tension continue positive, de valeur très peu différente de u (potentiel de l'extrémité commune de D1 et C2 par rapport à la masse).
Un second circuit détecteur, comprenant les diodes D2 et Dg, les condensateurs C3 et C4 et la résistance R4, délivre une tension continue (différence de potentiel aux bornes de C4) de valeur très peu différente de v. Cette tension est négative.
Les constantes de temps R9¯C2 et R4C4 des deux détecteurs sont de l'ordre, par exemple, de 1 seconde.
Les courbes f3 et f4 illustrent le fonctionnement du second détecteur.
A ce stade, on dispose de deux tensions continues distinctes, l'une positive u proportionnelle au flux lumineux Fo, l'autre négative v proportionnelle à l'amplitude Fo-Ft de la variation du flux. Ce sont ces tensions qui vont être appliquées aux entrées du circuit diviseur.
Le circuit diviseur comprend les deuxième et troisième chaînes fonctionnelles.
La deuxième chaîne est un servo-mécanisme.
Elle comprend : -un amplificateur à courant continu A (son gain
est de l'ordre, par exemple, de 500 ; sa bande
passante peut être assez réduite, 0 à 100 Hz par
exemple) ; -un moteur M à courant continu, de très petite
puissance dont l'induit est alimente par l'ampli
ficateur et dont l'inducteur est à aimant per
manent ; -deux potentiomètres bobines identiques, de pré
cision, linéaires Pi et Pa, de résistance com
mune P ; ces potentiomètres sont jumelés et cou
plés au moteur par l'intermédiaire d'un démulti-
plicateur d1 de rapport adéquat.
En fait, seul le potentiomètre P, fait partie de la boucle du servo-mécanisme.
Le circuit du potentiomètre Pl, en série avec lequel sont montées deux résistances, l'une fixe r, l'autre réglable p, est alimenté sous la tension V,) négative, fournie par une source stabilisée.
Sur la fig. 5, k0 représente le champ angulaire commun des deux potentiomètres et ft la position angulaire des curseurs par rapport à l'extrémité inférieure des résistances.
Le curseur de Pl, toujours porté à un potentiel négatif par rapport à la masse, est en liaison avec l'entrée de l'amplificateur par l'intermédiaire de la résistance De tris grande valeur devant la résistance du circuit de Pl.
On remarque que l'entrée de l'amplificateur A, est en liaison avec deux sources de signes opposés : d'une part, par l'intermédiaire de R liaison avec une source positive de niveau u (tension détectée, image de Fa,), d'autre part, par l'intermédiaire de Rss, liaison avec une source négative de niveau réglable (tension entre curseur de Pi et masse).
On conçoit ainsi qu'il puisse exister une position du curseur de Pi telle que la tension à l'entrée de l'amplificateur soit nulle ou négligeable. C'est préci- sément cette position particulière que le moteur, par le jeu du bouclage (et si le système est stable), confère au curseur de Pj et, par suite, aussi au curseur de P,.
En conséquence, la position ki des curseurs des potentiomètres satisfait à la condition suivante :
EMI4.1
La troisième chaine fonctionnelle comprend un amplificateur Ag dont les caractéristiques sont analogues à celles de AI.
Cet amplificateur est attaqué par la tension néga- tive v (image de l'amplitude des variations du flux lumineux) par l'intermédiaire de la résistance R,.
Il est équipe d'un circuit de contre-réaction composé du circuit du potentiomètre Pl et d'une résistance R., de grande valeur par rapport à celle du circuit de P,.
Dans ces conditions, la tension y positive délivrée par l'amplificateur (dont l'impédance apparente de sortie est basse grâce à la contre-réaction) est alors donnée par l'expression suivante :
EMI4.2
Combinant cette expression avec la précédente, il vient :
RaRJ'-V"
Y=??? ??? ? y=V,
R3R1 r+P+p u
Cette relation, dans laquelle tous les termes, excepté v et u, sont réputés constants, traduit le fonctionnement du diviseur.
On substituera-à-dans cette dernière rela
L u tion pour obtenir la suivante qui traduit la fonction du détecteur :
d = R3R4. r + P + L y
R. R, r'-P Vl,
Ainsi le diamètre apparent du fil est proportionnel à la tension y délivrée par le détecteur.
Cette tension pourra être appliquée aux bornes d'un appareil de mesure (appareil à cadre mobile par exemple) auquel sera associé un circuit permettant de lui conférer telle constante de temps jugée favorable (circuit R", Rl, Ct,)
De plus, un potentiomètre Pg, alimenté sous une tension stable V de même signe que y, permettra l'emploi de l'appareil comme indicateur d'écarts par rapport à un diamètre de consigne.
Divers calibres pourront être conférés au détec- teur en modifiant l'un des nombreux paramètres présents dans la formule finale. En fait, on agira seulement sur p, L et V"voire même uniquement sur p et L.
On remarquera que le diamètre indiqué par le détecteur est un diamètre moyen résultant d'un échantillonnage dont la fréquence est, ici, de l'ordre de quelques centaines de Hertz (la fréquence moyennne des occultations du faisceau lumineux par le fil est égale au double de celle des oscillations du miroir).
Cet échantillonnage pourra être contrôlé en permanence, si besoin est, au moyen d'un oscillographe ou d'un système de comptage adéquat branché à la sortie Sl de l'amplificateur A,.
Pour la réalisation du circuit électronique, on pourra, avec avantage, utiliser les ressources de la technologie moderne à semi-conducteurs.
Il est évident que le diamètre indiqué est un diamètre apparent du fil correspondant au diamètre d'un fil idéal-parfaitement cylindrique et opaque-donnant la même occultation du faisceau lumineux.
Method for measuring the diameter of a wire and device for implementing this method
A method is known for measuring the diameter of an incandescent gate wire by means of a photoelectric cell scanned by a light beam emitted by the wire and moved by a rotating mirror. This process cannot be used for non-metallic wires.
The object of the invention is a method making it possible to measure with very high precision, in continuous mode, the diameter of the threads circulating on the spinning or weaving installations, without mechanical contact being established with the threads.
The method according to the invention is characterized in that the wire whose diameter is to be measured is placed in the area explored by the moving beam so as to occult the latter periodically in order to modulate the light flux collected by the photoelectric device as a function of the diameter some thread.
Another subject of the invention is a device for implementing this method.
A particular implementation of the claimed method will be explained below, by way of nonlimiting example, with reference to the drawing which represents, also by way of example, a particular embodiment of the device allowing this implementation. .
Fig. 1 shows a sectional view of the sensor that the said embodiment comprises, section taken along a plane containing the axis of the light beam.
Fig. 2 represents the area scanned by the light beam at the place where it is obscured by the wire under test.
Fig. 3 shows, by means of a curve, the typical shape of the variation in the light flux received by the photoelectric cell.
Fig. 4 represents a diagram of the circuit directly associated with the photoelectric cell.
Fig. 5 is a block diagram of the electronic circuit associated with the sensor.
According to fig. 1, the sensor, whose trace of the envelope, in the section, corresponds to the external contour of the figure, comprises: -1 all the optical elements necessary for
the production of the light beam; -the oscillating mirror and its maintenance mechanism; -the photoelectric cell and the electronic circuit
which is directly associated with it.
The light beam is produced from a source consisting of an incandescent filament lamp 1, of the low voltage type, supplied with direct current.
Part of the flow of this lamp is concentrated by means of a condenser 2, on an opening 3 made in the wall 4. This opening, uniformly illuminated, is here of rectangular shape and adjustable dimensions, for example by means of two screws. with fine pitch controlling the slats.
The height H of this opening, height counted in a direction normal to the plane of the figure, will usually be greater than its width L. By way of example, for an average adjustment: H = 2 mm;
L = 0.5mm.
The adoption of a rectangular opening is not imperative; if it is not necessary for the response of the apparatus to be linear, it may, for example, be advantageous to adopt an opening of circular shape.
An objective 5, of the photographic type, located beyond a limiting diaphragm 6, gives (after reflection of the emerging beam, under an incidence of 45 ^ on the oscillating mirror 7) of the opening 4 which will be called slits, an image located in a plane normal to the plane of the figure and whose trace, on the latter, is marked 8.
The distance between the nodal point of entry of the objective and the slit being, here, fixed to the double of the focal length of the objective, the slit and its image have, therefore, equal dimensions. It is obvious that this arrangement is not imperative: in particular to adapt the sensor to the measurement of wires of large diameter, it could be advantageous to position the objective so that the image of the slit is more larger than the slit itself and vice versa, in the case of small diameter wires, position the objective to obtain an image smaller than the slit.
The beam, over a small portion of its path situated on either side of the image plane 8, propagates outside the envelope of the sensor.
This result is obtained by making two openings 9 and 10 in the parallel walls, separated for example by about one centimeter, from the corridor 11.
Beyond the corridor, a lens 12, of adequate focal length, concentrates the light beam on the cathode of the photoelectric cell 13.
The image of the slit is animated by a sinusoidal oscillatory movement in the figure plane. This is obtained by giving the mirror 7 a permanent oscillatory movement around an axis situated in its plane and normal to the plane of the figure. This mirror is part, for example, of the moving equipment of a miniature oscillograph 14 with a moving magnet.
A transistor amplifier, associated with this member and forming with it a compact assembly, allows the maintenance of the oscillations of the mobile equipment on the natural frequency of the latter, this frequency being able to be of the order of a few hundred Hertz. .
The amplitude a of the oscillation of the mirror is adjustable: a potentiometer placed on the oscillograph is provided for this purpose.
It is obvious that any device other than the oscillograph mentioned above, such as a breaker vibrator making it possible to animate the mirror with a permanent oscillation, could be used.
On the other hand, the oscillation of the beam can be obtained by different means, such as: a fixed source with a rotating mirror or a
rotating or oscillating prism; - an oscillating source.
It is in the area scanned by the image of the slit, inside the passage 11 that the wire whose diameter is to be measured must be placed. This zone is the beam occultation zone.
The general direction of the wire in this area must be normal to the figure plane and it must be located in the image plane 8 at the center of the area scanned by the beam. In fact, these conditions must be considered as expressing ideal conditions.
In practice, the wire may have angular deviations of the order of a few sexagesimal degrees with respect to the direction indicated without any appreciable error resulting therefrom. In a plane perpendicular to the beam and for an average adjustment of the amplitude of the oscillations thereof, the position of the wire may fluctuate on either side of the average position of the beam, the maximum value of this fluctuation being equal to the amplitude of the oscillation of the optical image of the slit.
Finally, the position of the wire relative to the image plane 8 is not extremely critical: small deviations in front or behind this plane can be tolerated.
Fig. 2 represents, in the image plane 8, the light beam at an instant when it is partially obscured by the wire of apparent diameter d. In this figure, the limits of the zone scanned by the beam are shown in dotted lines.
The value of the luminous flux received by the photocell when the beam is not obscured by the wire will be designated by Fo, and by F, the value of this flux when the beam is obscured.
It is clear from fig. 2, that if the wire does not deviate appreciably from the normal to the direction of the scanning the flux ratio F ,, and Fi is equal to the quotient of the width L of the optical image of the slit-equal to the width of the slot-by the difference between this width and the apparent diameter d of the wire:
F. L
F, L-d
From this relation we immediately draw the following, more explicit:
Fo-F1 d F, L
Fig. 3 represents a typical regime of variation of the flux received by the cell.
Periodic shadowing of the beam results in sudden and brief variations in the flow. These variations, of amplitude AF = Fo-Fl proportional to the diameter d of the wire, are equivalent to negative flow pulses repeating at the rate of two pulses per scanning period T. These pulses will all have the same time interval between them when the wire is placed exactly in the center of the scanning zone.
The photocell is preferably a high vacuum photocell.
The current delivered by this cell being, with a very good approximation, proportional to the luminous flux which its cathode receives, it is possible to have, at the terminals of a suitable load resistance, a voltage constituting a faithful electrical image of the luminous flux received. .
It is from this voltage that the electronic circuit associated with the sensor produces an electrical signal proportional to the apparent diameter of the wire.
In fact, the impedance of the cell circuit being very high, it is not possible, without seriously disturbing it, to transmit without precautions, to the electronic circuit, the voltage delivered by the cell; a shielded cable is essential for this transmission and, given the relatively large capacity of this type of line,
The use of an impedance adapter circuit proves to be necessary in order to obtain correct operation, in pulse conditions, of the cell.
This adapter circuit, placed within the sensor
15 (fig. 1) in the immediate vicinity of the cell, is shown schematically in fig. 4.
It consists, in a manner known per se, by a triode tube 16 mounted as a follower cathode p.
The output impedance of this assembly being low, the inherent capacitance of the shielded cable 17 has no appreciable influence on the operation, in pulsed mode, of the assembly.
The shielded cable is associated with the lines required for the various sensor supplies. This set of conductors constitutes a general flexible cable at the ends of which are mounted connector plugs which allow a convenient connection of the socket 18 of the sensor to the electronic circuit.
The electrical signal delivered by the sensor has the same rate of variation as the luminous flux. If we denote by So its level value corresponding to the flux Fo and by S the amplitude of its variation corresponding to Fo-F, (fig. 3) we have:
d = LS S ()
For a given adjustment of the width L of the slot, the diameter d of the wire tested is therefore proportional to the ratio of two electrical signals of the same nature.
This formula suggests two techniques for developing an electrical signal proportional to the diameter d.
One of these techniques is to make stable
S, and to develop a signal of suitable level which is proportional to the signal S.
The second technique consists of the implementation of a circuit whose function would be to develop a signal proportional to the quotient S / Sn In this
SO second case it is therefore a question of making use of a divider circuit. This solution has the advantage of not requiring stabilization of the light source, on the one hand, and does not directly involve the sensitivity of the cell, on the other hand.
There are many devices or arrangements making it possible to carry out the quotient of two signals (in particular the device usually designated by the name logometer).
The electronic circuit described below and illustrated by FIG. 5 implements a servomechanism divider circuit.
According to fig. 5 the electronic circuit is composed of three functional chains each comprising an asymmetric amplifier, with tubes or with transistors, of the direct current type.
The first of these chains comprises amplifier A, the passband of which extends from DC to a frequency of the order of 10 to 15 kHz and the gain of which is of the order of 70 dB, for example.
The role of this amplifier is to deliver, under low impedance, a voltage, an electrical image of the flux received by the cell, of an appreciable level.
A feedback network comprising the resistor R, and the capacitor Ci gives this amplifier an apparent gain, relative to the voltage delivered by the cell, of the order of 10 and a low output impedance.
In fact, this amplifier being driven by the cell circuit, its apparent gain is practically equal to the quotient of the impedance of the RIC feedback circuit, by the output impedance of the cell circuit.
The cell circuit being defined, R1 and Ci are dimensioned so that the output voltage of the amplifier is a faithful image of the cell current, on the one hand, that the level of this voltage, for an average adjustment of the width of the slot, is sufficient to allow as perfect operation as possible of the detectors driven by the amplifier, on the other hand.
With an apparent gain of 10 and a slot width of the order of 0.5 millimeter, the voltage delivered by amplifier A is of the order of 15 volts.
This voltage is the difference between the potential of the isolated output terminal and that of the ground which is assigned the value zero. It is positive and the pace of its variation, as a function of time, is given by the curve f.
Designating by u the step value of this voltage and by v the amplitude of its impulse variations, we have: d = L-.
u
A first detector circuit, comprising the diode D, and the circuit C2R2, driven by the voltage delivered by A1, develops a positive direct voltage, of value very little different from u (potential of the common end of D1 and C2 with respect to the mass).
A second detector circuit, comprising the diodes D2 and Dg, the capacitors C3 and C4 and the resistor R4, delivers a DC voltage (potential difference across C4) of a value very little different from v. This tension is negative.
The time constants R9¯C2 and R4C4 of the two detectors are of the order, for example, of 1 second.
The curves f3 and f4 illustrate the operation of the second detector.
At this stage, two distinct DC voltages are available, one positive u proportional to the luminous flux Fo, the other negative v proportional to the amplitude Fo-Ft of the variation in the flux. It is these voltages which will be applied to the inputs of the divider circuit.
The divider circuit includes the second and third functional chains.
The second chain is a servo-mechanism.
It includes: -a direct current amplifier A (its gain
is of the order, for example, of 500; his band
current can be quite reduced, 0 to 100 Hz per
example); -a DC motor, very small
power from which the armature is supplied by the amplifier
indicator and whose inductor is a per
manent; -Two identical coil potentiometers, pre
cision, linear Pi and Pa, of resistance com
mune P; these potentiometers are twinned and neck
pledged to the engine by means of a demulti-
adequate ratio plier d1.
In fact, only the potentiometer P, is part of the servo-mechanism loop.
The circuit of the potentiometer P1, in series with which two resistors are mounted, one fixed r, the other adjustable p, is supplied with the negative voltage V i), supplied by a stabilized source.
In fig. 5, k0 represents the common angular field of the two potentiometers and ft the angular position of the cursors with respect to the lower end of the resistors.
The cursor of P1, always brought to a negative potential with respect to the mass, is in connection with the input of the amplifier by the intermediary of the resistor De tris large value in front of the resistance of the circuit of P1.
Note that the input of amplifier A is linked with two sources of opposite signs: on the one hand, through R link with a positive source of level u (detected voltage, image of Fa,) , on the other hand, via Rss, connection with a negative source of adjustable level (voltage between cursor of Pi and ground).
It is thus conceivable that there may exist a position of the cursor of Pi such that the voltage at the input of the amplifier is zero or negligible. It is precisely this particular position that the motor, by the play of the looping (and if the system is stable), confers on the cursor of Pj and, consequently, also on the cursor of P i.
Consequently, the position ki of the faders of the potentiometers satisfies the following condition:
EMI4.1
The third functional chain includes an Ag amplifier whose characteristics are similar to those of AI.
This amplifier is driven by the negative voltage v (image of the amplitude of the variations in the luminous flux) via the resistor R i.
It is equipped with a feedback circuit made up of the potentiometer circuit Pl and a resistor R., of great value compared to that of the circuit of P i.
Under these conditions, the positive voltage y delivered by the amplifier (whose apparent output impedance is low thanks to the feedback) is then given by the following expression:
EMI4.2
Combining this expression with the previous one, it comes:
RaRJ'-V "
Y = ??? ??? ? y = V,
R3R1 r + P + p u
This relation, in which all the terms, except v and u, are considered constant, reflects the operation of the divisor.
We will substitute-for-in this last relation
Read to obtain the following which reflects the function of the detector:
d = R3R4. r + P + L y
R. R, r'-P Vl,
Thus the apparent diameter of the wire is proportional to the voltage delivered to it by the detector.
This voltage can be applied to the terminals of a measuring device (device with a movable frame for example) to which a circuit will be associated allowing it to be given such a time constant considered favorable (circuit R ", Rl, Ct, etc.)
In addition, a potentiometer Pg, supplied at a stable voltage V of the same sign as y, will allow the use of the device as an indicator of deviations from a reference diameter.
Various calibers can be conferred on the detector by modifying one of the many parameters present in the final formula. In fact, we will act only on p, L and V "or even only on p and L.
It will be noted that the diameter indicated by the detector is an average diameter resulting from a sampling the frequency of which is, here, of the order of a few hundred Hertz (the average frequency of the occultations of the light beam by the wire is equal to double of the oscillations of the mirror).
This sampling can be continuously monitored, if necessary, by means of an oscillograph or a suitable counting system connected to the output S1 of amplifier A i.
For the realization of the electronic circuit, it is possible, with advantage, to use the resources of modern semiconductor technology.
It is obvious that the indicated diameter is an apparent diameter of the wire corresponding to the diameter of an ideal wire - perfectly cylindrical and opaque - giving the same occultation of the light beam.