Appareil pour mesurer la vitesse d'un organe La présente invention a pour objet un appareil pour mesurer la vitesse d'un organe se déplaçant par rapport à un point de référence selon une trajectoire prédéterminée. Cet appareil peut être destiné à mesurer des vitesses dans des processus industriels, par exemple la vitesse de sortie d'un ruban d'acier hors d'un laminoir, ou encore la vitesse d'un véhicule.
L'appareil faisant l'objet de la revendication du bre vet principal comprend au moins un dispositif capable de transformer la lumière en courant électrique, des moyens pour éclairer ce dispositif par de la lumière provenant d'au moins une zone dudit organe, fixe par rapport au point de référence, et des moyens pour moduler la lumière atteignant le dispositif à un degré qui dépend de la vitesse du mouvement dudit organe par rapport au point de référence.
Dans une forme d'exécution de cet appareil et dans d'autres appareils connus, un projecteur de lumière est agencé pour projeter sur l'élément une image de lumière et d'ombre comportant des lignes transversales à la direction du mouvement relatif, la lumière réflé chie depuis la surface d'image de la pièce étant pro jetée sur une cellule photoélectrique. Le signal de sortie de la cellule contient une composante principale d'une fréquence dépendant de la vitesse du mouvement relatif de l'élément et de l'espacement, dans la direc tion du mouvement relatif, de ces lignes transversales. En mesurant de toute façon connue la fréquence de cette composante, la vitesse relative peut être déduite.
On a cherché à obtenir un appareil établi sur le principal de ces appareils connus mais plus simple que ces derniers. En particulier, on a cherché à obtenir un appareil dans lequel le signal électrique de sortie contenant une composante de fréquence principale qui dépend de la vitesse est obtenue sans projection optique d'une image de lignes de lumière et d'ombre sur la surface dont la vitesse doit être mesurée. En évi tant la nécessité d'une projection optique de lignes, l'équipement optique nécessaire peut être considérable ment simplifié et son prix sensiblement abaissé.
L'invention a pour objet un appareil tel que défini dans la revendication du brevet principal et est carac térisé en ce que lesdits moyens pour moduler la lumière comprennent, dans le dispositif convertisseur, un ensemble de lignes photosensibles disposées de façon à recevoir la lumière de cette zone, ces lignes étant également espacées et formant un angle avec la direction de déplacement de l'organe mobile par rap port au dispositif convertisseur, un dispositif pour combiner les signaux de sortie dus aux lignes photo sensibles individuelles afin de former un signal de sortie combiné du dispositif convertisseur, et un dispo sitif pour mesurer la fréquence d'une composante de fréquence principale présente dans ce signal.
Le terme organe doit être compris ici dans un sens large. Il pourra, par exemple, désigner un objet quelconque susceptible de se déplacer, par exemple un dessin d'ombre et de lumière traversant un écran.
Le dessin annexé représente, à titre d'exemple, une forme d'exécution de l'objet de l'invention: la fig. 1 est une vue en perspective de cette forme d'exécution, et les figs. 2, 3 et 4 représentent chacune une cellule au sélénium pouvant être utilisée dans cette forme d'exécution.
Les figs. 2 à 4 sont schématiques et ne peuvent représenter les électrodes ni leur espacement à l'échelle.
L'appareil représenté à la fig.1 est destiné à mesurer la vitesse d'un ruban d'acier S sortant d'un laminoir non représenté. Une source de lumière L illu mine une surface A du ruban, cette surface étant représentée circulaire mais pouvant avoir toute autre forme. Si le ruban est suffisamment chaud pour pro duire assez de lumière ou de radiation pour activer un dispositif transformateur lumière-électricité, on peut se dispenser de la source L. La lumière provenant du ruban est projetée sur une cellule au sélénium C décrite plus loin, de manière que le signal électrique de sortie de la cellule contienne une composante de fré quence principale dépendant de la vitesse de déplace ment du ruban. La lumière est focalisée sur la cellule C par un dispositif à lentilles O.
Le signal de sortie de la cellule C est amplifié par un amplificateur M et la vitesse du mouvement est mesurée par un fréquence mètre F qui mesure la fréquence de cette composante principale et qui peut être calibré directement en vitesse.
Une forme de la cellule C est représentée à la fig.2. Cette cellule comporte un support 1, par exemple une plaque de fibres de verre, sur lequel sont également espacées des électrodes métalliques paral lèles 2 formées de fils ou mieux de rubans, déposées sur le support et séparées les unes des autres par du sélénium 3. Le sélénium constitue une couche placée sur la plaque 1 et sur la surface supérieure de laquelle les électrodes 2 sont déposées. Des électrodes de deux en deux sont connectées à une borne 4 de la cellule et les autres électrodes à une borne 5.
La cellule est dis posée de façon que les électrodes s'étendent à angle droit de la direction de mouvement du ruban S (fig.1) tel qu'il est vu par la cellule.
Dans la cellule représentée à la fig.3, les élec trodes sont constituées par des dents de deux pei gnes métalliques 12 et 22 déposés sur une couche 3 de sélénium, sur une plaque de support 1 en fibres de verre. Un peigne est connecté à la borne 4 et l'autre à la borne 5.
La cellule représentée à la fig.4 ne comporte qu'un peigne métallique 32 déposé sur une couche de sélénium 3 elle-même déposée sur une plaque de sup port métallique 6, en laiton par exemple. Le peigne 32 est relié à la borne 5 et la plaque 6 à la borne 4.
La cellule au sélénium peut être remplacée par une cellule utilisant à la place du sélénium toute matière photorésistante, par exemple du germanium dopé.
Dans tous les cas les électrodes sont avantageuse ment déposées dans le vide et peuvent être par exemple en aluminium ou en or. Dans un cas pratique, la cellule de la fig. 3 peut présenter une plaque de sup port 1 de 3,2 à 6,5 cm2, la couche de sélénium peut présenter une épaisseur de 0,38 mm, et les peignes métalliques peuvent avoir une épaisseur de 0,025 à 0,050 mm, chaque dent du peigne présentant une largeur de 0,25 mm et l'espacement entre deux dents adjacentes, une sur chaque peigne, étant aussi de 0,25 mm.
Dans l'appareil représenté à la fig.1, l'élément mobile dont la vitesse doit être mesurée, le ruban S, est une pièce matérielle réelle qui se déplace elle même par rapport à la cellule C. Cela n'est pas néces saire toutefois et l'élément mobile peut être simplement une image, un dessin ou un modèle de lumière et d'ombre se déplaçant sur une surface fixe. C'est ainsi par exemple que l'élément mobile peut être une image de lumière et d'ombre produite sur l'écran d'un tube cathodique, par exemple un écran d'un radar indica teur de gisement.
Il est évident que l'appareil décrit peut mesurer la vitesse de déplacement d'une telle image dans une direction particulière à travers l'écran du tube alors que cet écran lui-même ne bouge pas.
La composante de fréquence principale qui dépend de la vitesse est obtenue dans le signal de sortie du dis- positif transformateur lumière-électricité par suite de l'effet du mouvement de la lumière à travers les lignes photosensibles également espacées que le dispositif présente à une lumière en mouvement relatif. On connaît évidemment des cellules au sélénium à élec trodes en forme de fils ou de rubans parallèles avec du sélénium remplissant les espaces entre ces électrodes.
Dans ces cellules connues toutefois, aucun soin n'est pris pour assurer l'égalité des espaces entre les élec trodes comme il est nécessaire si on veut obtenir une composante de fréquence principale bien définie et dépendant de la vitesse. En outre, dans ces cellules connues, le nombre d'électrodes par une unité de lon gueur (soit la dimension à angle droit de la direction d'extension des électrodes) est considérablement infé rieur au nombre qui est pratiquement nécessaire dans la cellule utilisée dans l'appareil décrit.
Apparatus for measuring the speed of an organ The present invention relates to an apparatus for measuring the speed of an organ moving with respect to a reference point along a predetermined path. This apparatus can be intended for measuring speeds in industrial processes, for example the exit speed of a steel strip from a rolling mill, or even the speed of a vehicle.
The apparatus which is the subject of the claim of the main patent comprises at least one device capable of transforming light into electric current, means for illuminating this device with light coming from at least one zone of said organ, fixed by relative to the reference point, and means for modulating the light reaching the device to a degree which depends on the speed of movement of said organ relative to the reference point.
In one embodiment of this apparatus and in other known apparatuses, a light projector is arranged to project on the element an image of light and shadow comprising lines transverse to the direction of the relative movement, the light reflected from the image surface of the part being projected onto a photocell. The output signal of the cell contains a principal component of a frequency depending on the speed of the relative movement of the element and the spacing, in the direction of the relative movement, of these transverse lines. By measuring the frequency of this component anyway, the relative speed can be deduced.
An attempt has been made to obtain an apparatus established on the main of these known apparatuses but simpler than the latter. In particular, it has been sought to obtain an apparatus in which the output electrical signal containing a main frequency component which depends on the speed is obtained without optical projection of an image of lines of light and shadow on the surface of which the speed must be measured. By avoiding the need for optical line projection, the necessary optical equipment can be considerably simplified and its price significantly lowered.
The object of the invention is an apparatus as defined in the claim of the main patent and is characterized in that said means for modulating the light comprise, in the converter device, a set of photosensitive lines arranged so as to receive the light from this area, these lines being equally spaced and forming an angle with the direction of movement of the movable member relative to the converter device, a device for combining the output signals due to the individual photosensitive lines in order to form an output signal combined converter device, and a device for measuring the frequency of a main frequency component present in this signal.
The term organ is to be understood here in a broad sense. It could, for example, designate any object capable of moving, for example a drawing of shadow and light passing through a screen.
The appended drawing represents, by way of example, an embodiment of the object of the invention: FIG. 1 is a perspective view of this embodiment, and FIGS. 2, 3 and 4 each represent a selenium cell which can be used in this embodiment.
Figs. 2 to 4 are schematic and cannot represent the electrodes or their spacing to scale.
The apparatus shown in FIG. 1 is intended to measure the speed of a steel strip S leaving a rolling mill, not shown. A light source L illumines a surface A of the strip, this surface being represented circular but being able to have any other shape. If the tape is hot enough to produce enough light or radiation to activate a light-to-electricity transformer device, the source L can be dispensed with. The light from the tape is projected onto a selenium C cell described below, so that the electrical output signal of the cell contains a main frequency component depending on the speed of travel of the ribbon. The light is focused on the C cell by an O lens device.
The output signal of cell C is amplified by an amplifier M and the speed of movement is measured by a frequency meter F which measures the frequency of this main component and which can be calibrated directly in speed.
A shape of cell C is shown in Fig. 2. This cell comprises a support 1, for example a plate of glass fibers, on which are also spaced parallel metal electrodes 2 formed of wires or better still of ribbons, deposited on the support and separated from each other by selenium 3. The selenium constitutes a layer placed on the plate 1 and on the upper surface of which the electrodes 2 are deposited. Two-by-two electrodes are connected to a terminal 4 of the cell and the other electrodes to a terminal 5.
The cell is arranged so that the electrodes extend at right angles to the direction of movement of the ribbon S (fig. 1) as seen by the cell.
In the cell shown in FIG. 3, the electrodes consist of the teeth of two metal pei gnes 12 and 22 deposited on a layer 3 of selenium, on a support plate 1 of glass fibers. One comb is connected to terminal 4 and the other to terminal 5.
The cell shown in FIG. 4 only comprises a metal comb 32 deposited on a layer of selenium 3 itself deposited on a metal support plate 6, made of brass for example. Comb 32 is connected to terminal 5 and plate 6 to terminal 4.
The selenium cell can be replaced by a cell using in place of selenium any photoresist material, for example doped germanium.
In all cases, the electrodes are advantageously deposited in a vacuum and may for example be made of aluminum or of gold. In a practical case, the cell of FIG. 3 may have a support plate 1 of 3.2-6.5 cm2, the selenium layer may have a thickness of 0.38 mm, and the metal combs may have a thickness of 0.025 to 0.050 mm, each tooth of the comb having a width of 0.25 mm and the spacing between two adjacent teeth, one on each comb, also being 0.25 mm.
In the apparatus shown in fig. 1, the moving element whose speed is to be measured, the tape S, is a real piece of hardware which itself moves relative to the cell C. This is not necessary however, the movable element may simply be an image, design, or pattern of light and shadow moving over a fixed surface. Thus, for example, the mobile element can be an image of light and shadow produced on the screen of a cathode ray tube, for example a screen of a bearing indicating radar.
It is obvious that the apparatus described can measure the speed of movement of such an image in a particular direction through the screen of the tube while this screen itself is not moving.
The speed-dependent main frequency component is obtained in the output signal of the light-to-electricity transformer device as a result of the effect of movement of light through the equally spaced photosensitive lines that the device presents to a light. in relative motion. There are obviously known selenium cells with electrodes in the form of parallel wires or ribbons with selenium filling the spaces between these electrodes.
In these known cells, however, no care is taken to ensure the equality of the spaces between the electrodes as is necessary if one wishes to obtain a well-defined main frequency component which is dependent on the speed. Further, in these known cells, the number of electrodes per unit length (i.e. the dimension at right angles to the direction of extension of the electrodes) is considerably less than the number which is practically required in the cell used in the cell. the apparatus described.