Brevet FR2010785A1 — publié le 19700220

La présente,invention concerne un dispositif de circuits pour la détection de variations pértediques superposées à un train d'impulsions distribuées au hasard, d'une autre manière. Dans le dispositif destiné à mesurer la vitesse de rotation diun élément rotatif, une source radioactive est fixée à la périphérie de cet élément, ou fait partie intégrande de celui-ci, -et un compteur à scintillation ou autre détecteur de radiations nucléaires, ayant son axe pratiquement disposé radialement par rapport à l'axe de rotation de l'élément rotatif, peut détecter les radiations nucléaires émises par cette source radioactive. Un tel dispositif est particulièrement avantageux dans le cas ou l'élément rotatif est inaccessible, par exemple la cage de roulement d'un palier à rouleaux supportant un arbre de turbine d'un moteur à turbine à gaz. La source radioactive peut etre constituée d'un inique rouleau convenablement irradié d'un palier de rouleaux, ou en implantant un grain radioactif dans la cage dudit palier tandis que le compteur à scintillation peut etre monté radialement et à l'extérieur du carter du moteur. L'équilibrage des éléments rotatifs du moteur n'est donc pas affecté. Lorsque la cage de roulement ou autre élément rotatif tourne, la distance et la quantité de la matière absorbant les radiations entre la source radioactive et le compteur à scintillation varient périodiquement dans le meme sens (cette matière absorbante étant constituée par l'arbre ou la partie centrale de l'élément rotatif). II y aura, donc, superposée à des impulsions distribuées autrement au hasard à la sorte du compteur à scintillation, une variation périodique qui sera maximale chaque fois que la source radioactive occupera sa position la plus rapprochée du compteur à scintillation et minimale chaque fois que cette source radioactive se présentera sur le côté de l'élément rotatif diamétralement opposé au compteur à scintillation et dont la fréquence sera égale. au nombre de révolutions effectuées par l'élément rotatif dans l'unité de temps. Sel on la présente invention, un circuit pour la détection de variations périodiques superposées à un train d'impulsions distribuées autrement au hasard comprend ; - un circuit intégrateur susceptible d'entre alimenté par le train d'impulsions et de produire un signal variant périodiquement en réponse à celui-ci ; - des moyens sensibles au niveau de la tension connectés en vue de recevoir ledit signal variant périodiquement et prévu pour produire, pour chaque cycle dudit signal variait périodiquement, au moins un signal-primaire lorsque le signal variant péridiquement excède un premier niveau prédéterminé de tension et au moins un signal secondaire lorsque le signal variant periodiquement tombe au-dessous d'un second niveau prédéterminé dé tension ; et - un circuit de sortie connecté en vue de recevoir lesdits signaux primaire et secondaire destiné à produire une impulsion de sortie correspondant à chaque cycle dudit signal variant périodiquement De préférence, le circuit de sortie n'est sensible qu'au premier signal primaire et au premier signal secondaire engendrés à chaque cycle du signal variant périodiquementO Le module de la tension du premier niveau prédéterminé de tension est, de préférence, plus grand que le module de la tension du second niveau prédéterminé de cette tension. Les moyens sensibles au niveau de la tension peuvent comprendre un premier et un second circuits sensibles au niveau de la tension, chacun d'eux étant connecté en vue de recevoir ledit sighal variant périodiquement et ces circuits étant respectivement appropriés à la production desdits signaux primaire et secondaire. Le premier et le second circuits sensibles au niveau de la tension peuvent comprendre un premier et un second circuits à "bascule deSchmitt", chacun du type comportant une paire de transistors dont les émetteurs sont couplés. De préférence, la sortie de la première bascule de Schmitt est connectée au collecteur de la première paire respective de transistors à émetteurs couplés tandis que la sortie de la seconde bascule de Schmitt est connectée au collecteur de la seconde patrie respective de transistors à émetteurs couplés. Les signaux primaire et secondaire sont, par conséquent, déphasés de 1800, Le premier et le second niveaux prédéterminés de tension sont, de préférence, tels que la différence de tension entre eux soit plus grande que l'amplitu- de de creAte de toute tension ondulée -susceptible d'erre superposée au signal variant périodiquement. Dans un mode de- réalisatlon préférée de l'invention, le circuit de sortie comprend un circuit bistàble comportant un premier~et un second circuits d'entrée connectés, respectivement, en vue de recevoir lesdits signaux- primaire et secondaire, lesdits circuits d'entrée n'étant sensibles qu'aux variations de tension dans le sens négatif. Le circuit itntégrateur comporte, de préférence, une pompe à diode. L'inventiongconcerne également un tachymètre du type comportant une source radioactive fixée à un élément rotatif, ou faisant partie intégrante de celui-ci, et un compteur à scintillation, équipé d'un circuit conforme à l'un des circuits décrits ci-dessus. L'invention sera mieux comprise si l'on se réfère aux dessins en annexe qui en représentent, uniquement à titre d'exemple, un mode de réalisation préférée. Sur ces dessins - la figure 1 est un schéma d'un appareil pour la mesure de la vitesse de rotation d'une cage de roulement de turbine de moteur à turbine à gaz équipé, conformément à l'invention d'un circuit désigné ci-après, circuit tachymètrique ; - la figure 2 est un schéma de blocs du circuit tachymétrique de la figure 1 - la figure 3 est un schéma des connexions du circuit tachymétrique de la figure 1 ; - la figure 4 représente la forme de l'onde de tension au point X de la figure 1 ; et, - la figure 5 représente la forme de l'onde de tension au point Y de la figure 3. Sur la figure 1 est représenté un moteur à turbine à gaz 10 comportant une enveloppe de turbine 12 dans laquelle est coaxialement monté un arbre de turbine 14. L'arbre de turbine 14 peut tourner dans un roulement 16 comprenant une cage 18 et des rouleaux 20. On précisera que l'un des rouleaux, désigné par 20a a été irradié avant d'être monté dans le roulement 1 6 et constitue, par conséquent, une source de rayons gamma. Un compteur à scintillation 22, comprenant un préamplificateur 24, est monté à l'extérieur de l'envel oppe 12 de la turbine par rapport à laquelle il se présente radialement. La sortie du préamplificateur 24 est connectée à l'entrée d'un amplificateur d'impulsions rapides à large bande 26, au moyen d'un câble blindé 28. La sortie de l'amplificateur d'impulsions26 est connectée à un sélecteur d'amplitude d'impulsions 30 qui est prévu pour transmettre celles des impulsions dont l'amplitude est comprise entre deux limites prédéterminées. La sortie du sélecteur d'amplitude d'impulsions 30 est connectée à l'entrée 32 d'un circuit tachymètrique 34. Une sortie 36 du circuit tachymètrique 34 est connectée à l'entrée d'un compteur de vitesse 38 ainsi qu'à l'entré d'un compteur de temps 40. Si on le désire, une sortie du compteur de vitesse 38 peut être connectée à l'entrée diun oscillographe 42 et une sortie du compteur de temps 40 peut être connectée à l'entrée d'un dispositif imprimant 44 ou d'un équipement d'enregistrement sur ruban magnétique (non représente). En fonctionnement, lorsque la cage 18 et les rouleaux 20,20a tournent ensemble autour de l'arbre 14 de la turbine, une variation périodique se superpose à la distribution autrement désordonnée, des impulsions se manifestant à la sortie du compteur à scintillation 22. La distribution des impulsions à la sortie du préamplificateur 24 incorporé dans le compteur à scintillation 22, représenté sur la figure 4, présente des maxima ( indiqués par des flèches A) correspondant aux périodes pendant lesquelles le rouleau radioactif 20a occupe sa position la plus rapprochée du compteur à scintillation 22 et des minima (dont l'un est in diqué par la flèche B) correspondant aux périodes pendant lesquelles ce rouleau radioactif 20a occupe sa position la plus éloignée du compteur à scintillation 22 avec une fréquence qui est égale au nombre de révolution effectuées par la cage 18 dans l'unité de temps. Les impulsions, qui sont suffisamment amplifiées dans le pré-amplificateur 24 pour permettre leur transmission jusqu'à 30 mètres par l'intérmédiaire du cable 28, sont de nouveau amplifiées dans l'amplificateur d'impulsions 26, dont le "gain" est égal à 100 environ, de manière à obtenir une amplitude d'impulsion d'approximativement 6 volts. Les impulsions amplifiées par l'amplificateur d'impulsions 26 sont transmises au circuit tachymétrique 34 par l'intermédiaire du sélecteur d'amplitude d'impulsion 30, qui, du fait qu'il ne transmet que celles des impulsions dont l'amplitude est comprise entre deux limites prédéterminées, élimine pratiquement le bruit et autres impulsions parasites dont l'amplitude excède ces limites Le circuit tachymétrique 34 produit une impulsion de sortie unique et correspondant, approximativement, à chaque maximum A dans la distribution des impulsions d'entrée, la fréquence des impulsions de sortie étant mesurée par le compteur de vitesse 38. Ce compteur de vitesse 38 mesure, donc, le nombre de révolutions exécutées par la cage 18 dans l'unité de temps. La constante de temps du compteur de vitesse 38 (qui est un instrument analogique) est réglable entre 1 seconde, ce qui convient lorsque la cage 18 est entrarnée à vitesse régulière, et 10 millisecondes, ce qui convient lorsque cette cage 18 est soumise à une accélération ou à une décélération rapides. Le comportement transitoire de la cage 18 pendant les accélérations ou les décélérations peut etre étudié en détail sur l'oscillographe 42 tandis que l'information peut, également, être obtenue par les enregistrements des impulsions sortie sur le ruban r'sgréique de l'équi- pement enregistreur mentionné plus haut. La fréquence du signal de sortie du circuit tach~ymétrique 34-peut également hêtre mesurée par le compteur de temps 40. Si on le désire, le circuit tachymétrique 34 peut être du type quotientmètreà deux entrées de-telle sorte que l'on puisse obtenir l'indication du rapport entre la vitesse de rotation de arbre 14 et la vitesse de rotation de la cage 18. Un enregistrement imprimé des indications fournies par le compteur de temps 40 est procuré par le dispositif imprimant 44. L'entrée 32 du circuit tachymétrique 34 (figure 2) est connectée à l'entrée d'un amplificateur 50 dont la sortie est, à son tour, connectée à l'entrée d'un circuit monostable 52. La sortie du circuit monostable 52 est connectée à l'entrée d'un amplificateur intermédiaire 54 dont la sortie est connectée à l'entrée d'un circuit intégrateur 56. L'entrée d'un autre amplificateur intermédiaire 58 est connectée à la sortie du circuit intégrateur 56. La sortie de l'amplificateur intermédiaire 58 est connectée à l'ènfrée d'une première bascule de Schmitt 60 ("niveau supérieur") et à l'entrée d'une seconde bascule de Schmitt 62 ("niveau inférieur"). Les entrées 64 et 66 d'un circuit bistable 68 sont, respecttvement, connectées à la sortie de la bascule de Schmitt 60 du niveau supérieur et à la sortie de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur. Une sortie 70 du circuit bistable 68 est connectée à la sortie 36 du circuit tachymétrique 34 ( figure I ). Le circuit tachymétrique 34 est représenté avec plus de détail sur la figure 3. L'amplificateur d'entrée à courant alternatif 34 constitue un étage de couplage et comprend un transistor TR1 connecté conformément à un montage à émetteur commun. Une contre-réaction est appliquée à cet étage par introduction d'une résistance d'émetteur R4. Le circuit monostable 52 comprend, d'une part, une diode d'entrée D1, qui assure que seules les transitions de tension dans le sens positif feront basculer ce circuit monostable 52, et d'autre part trois transistors TR2, TR3 et TR4 connectés chacun conformément au montage à émetteur commun0 La constante de temps du circuit monostable 52 est déterminée par un groupe de résistances (R9 + RV1) et un condensateur C3 ; RV1 étant une résistance réglable. L'amplificateur auxiliaire 54 comprend un étage émetteur follower" couplé en alternatif et équipé d'un transistor TR5. Le circuit intégrateur 56 est du type à diode de pompage et comprend un transistor TR6 et uge diode D2 disposés pour charger un condensateur C6. Le condensateur C6 peut se décharger à travers des résistances R15, RV2 montées en série ; RV2 étant une résistance réglable. L'amplificateur intermédiaire 58 comprend une paire de transistors TR7, TR8 connectés conformément à un "montage Darlington" à émetteurs couplés. Les bascules de Schmitt 60 et 62 comprennent, respectivement, des paires de transistors TR9, TRIO et TR 11, TR12 de type classique; leurs niveaux de tension de bascule étant déterminés, respectivement, par des groupes de résistances (R19 + RV3) et(R27 + RV4). La sortie de la bascule de Schmitt 60 du niveau supérieur est connectée au collecteur de TR9, tandis que la sortie de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur est connectée au collecteur du transistor TR12. Le circuit bistable 68 est également d'un type classique et comprend deux transistors TR13 et TR 14 connectés suivant le montage à émetteur commun. Les entrées 64 et 66 du circuit bistable 68 sont connectées respectivement aux circuits d'entrée comprenant un condensateur C9, une diode D3, une résistance R31 et un condensateur C10, une diode D4, une résistance R32. Les circuits d'entrée sont connectés aux bases respectives des transistors TR13 et TR14 et assurent que le circuit bistable 68 ne soit sensible qu'aux transitions de tension dans le sens négatif. La sortie 70 du circuit bistable 68 est connectée au collecteur du transistor TR13. Les valeurs pratiques des composants utilisés dans le circuit de la figure 3 sont données dans la liste ci-dessous R1 12K R12, R13 15K R24, R25 4.7K R2 1K R14 1.5K R26 1.8K R3 3.3K R15 47K R27 100 R4 220 R16 1K R28- R30 22K R5 1K R R17 4.7 R6 47K R18 3.3K R31- R34 1K R7 10K R19 220 R35, R36 10K R8 1K R20 1.8K R37, R38 4.7K R9 2.7K R21 22K RV1 25K R10 10K R22 1.8K RV2 500K Ri 1 1 K 1K R23 22K RV3 1K RV4 2.5K C1 100#F C5 doit etre déterminé C2 1000p C6 5000F C3 0,01yuF C7,C8 220#F C4 doit etre déterminé C9,C10 0,001#F D1 - D4 type 1N914 TRI-TR14 type 2T112 Les impulsions entrant dans le circuit tachymètrique 34 (figure 3) sont amplifiées par l'amplificateur d'entrée 50 de telle sorte que leur niveau de tension soit compatible avec les circuits suivants. Le circuit monostable 52 est basculé par la croissance dans le sens positif de chaque impulsion d'entrée et produit des impulsions de sortie d'amplitude et de largeur uniformes, la largeur des impulsions étant réglable au moyen de la résistance RV1. Les impulsions d'am p itude e t de largeur uniformes sont amplifiées par - .- /1 ampliticateur itermre qui se comporeco me un adapteur d'impedance et sont ensuite intégrées par le circuit intégrateur 56. La résistance réglable RV2 est réglée de telle sorte que la constante de temps du circuit intégrateur 56 soit plus grande que l'intervalle moyen entre les impulsions au rythme maximal de celles-ci mais plus petite que l'intervalle moyen entre les impulsions au rythme minimal de celles-ci. De cette manière, lorsque le rythme des impulsions tend vers un maximum, ainsi qu'il est montré en A sur la figure 4, une charge croissante est emmagasinée par le condensateur C6, tandis que, lorsque le rythme des impulsions tend vers un minimum, ainsi qu'il est montré en B sur la figure 4, la charge emmagasinée par le condensateur C6 décroit jusqu'à ce que l'accroissement de charge de ce condensateur C6, dû à une impulsion donnée, soit complètement déchargé avant l'arrivée d'une impul sion suivante. La tension sur le condensateur C6 aura donc une forme d'onde similaire à celle représentée sur la figure 5. Après amplification dans l'amplificateur -intermédiaire 58 pour produire la forme d'onde représentée sur la figure 5, cette tension est appliquée aux entrées des bascules de Schmitt 60 et 62. Les niveaux de la tension de basculement des bascules de Schmitt 60 et 62 sont réglés, au moyen des résistances réglables respectives RV3 et RV4, de façon à présenter les valeurs VA et VB représentées sur la figure 5. La séparation des niveaux de tension de basculement VA et VB est prévue de manière que la tension au point Y ne tombe pas au-dessous de V B dans les périodes correspon dant au temps s'écoulant entre t2 et t3, et ne s'élève pas au-dessus de VA dans les périodes autres que celles correspondant au temps s'écoulant entre tl et t4. En considérant un unique cycle C de la forme d'onde de tension représenté sur la figure 5, lorsque la tension au point Y (c'est-à-dire aux entrées des bascules de Schmitt 60 et 62) est à sa valeur minimale au temps io , les transistors TR9,TRll et TR14 sont hors circuit (ctest-à-dire non-conducteurs), tandis que les transistors TRIO, TR12 et TR13 sont saturés (c'est-à-dire pleinement conducteurs). Lorsque la tension au point Y croit et atteint VB au temps tl, la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur bascule et le transistor TRi 1 est saturé tandis que le transistor TR12 cesse d'etre conducteur. Une transition de tension, dans le sens positif, se manifeste ainsi )à l'entrée de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur. Cette transistion de tension dans le sens positif n'a aucun effet sur le circuit bistable 68. II est, toutefois, possible que, du fait de la dégradation de la forme d'onde de tension, la tension au point X puisse tomber, temporairement, au-dessous de VB dans la région de tl en provoquant temporairement le basculement de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur dans son état original. Dans ce cas, une impulsion de tension croissant dans le sens négatif est produite à la sortie de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur ; le flanc antérieur croissant négativement de cette impulsion n'a aucun effet sur le circuit bistable 68 du fait que le transistor TR14 est toujours non-conducteur de telle sorte que ce circuit bistable 68 n'est sensible qu'aux transitions de tension, dans le sens négatif, émanent de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur. Lorsque la tension appliquée aux bascules de Schmitt 60 et 62 croit jusqu'à VA au temps t2, au point Y la bascule de Schmitt 60 du niveau inférieur bascule et le transistor TR9 devient saturé tandis que le transistor TRIO cesse d'entre con ducteur : une transition de tension, dans le sens négatif, se manifestant alors à la sortie de la bascule de Schmitt 60 du niveau supérieur. Cette transition de tension, dans le sens négatif, change l'état du circuit bistable 68 de sorte que le transistor TR13 cesse d'entre conducteur tandis que le transistor TR14 devient saturé. Le circuit bistable 68 est maintenant sensible, seulement, aux transitions de tension, dans le sens négatif, en provenance de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur de telle sorte qu'il n'est pas affecté par les transitions additionnelles de la bascule de Schmitt 60 du niveau supérieur dans la région de t2 qui sont dûes à la dégradation de la forme d'onde. La tension au point Y approche de VA à partir du temps t3, provoquant le basculement en retour de la bascule de Schmitt 60 du niveau supérieur qui est ramenée dans son état original t La transition de tension, dans le sens positif, produite à la sortie de la bascule de Schmitt 60 du niveau supérieur lorsque le transistor TR 9 cesse d'être conducteur, et toute transition succédant immédiatement dans la région de t3 par suite de la dégradation de la forme d'onde, n'ont aucun effet sur le circuit bistable 68 pour les raisons indiquées plus haute Finalement, lorsque la tension au point Y décroît de nouveau jusqu'à VB au temps t4, la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur est basculée en retour dans son état original. La transition de tension de sens négatif, produite à las sortie de la bascule de Schmitt 62 du niveau inférieur lorsque le transistor TR12 devient saturé, fait basculer le circuit bistable 68 en retour dans son état original tandis que toutes transitions suivantes dans la région de t4 duAes à la dégrada- tion de la forme d'onde n'ont plus aucun effet sur le circuit bistable 68 pour les raisons déjà indiquées. Le signal à la sortie 70 du circuit bistable 68 est, ainsi, constitué par une impulsion unique croissant dans le sens négatif présentant un flanc antérieur au temps t2 et un flanc postérieur au temps t40 La succession d'évènements indiquée ci-dessus est répétée pour tous les cycles suivants de la forme d'onde représentée sur la figure 5, de telle sorte que le circuit tachymètrique 34 produit une impulsion de sortie correspondant à chaque maximum tel que A (figure 4) dans la distribution des impulsions d'entrée. Bien que l'invention ait été décrite en se référant à son utilisation dans un tachymètre à source radioactive, on comprendra qu'elle est susceptible de recevoir d'autres applications, dans les domaines de l'électroencéphalographie et de l'électrocardiographie par exemple. Bien entendu, I'invention n'est pas limitée aux termes de la description qui précède mais elle en comprend, au contraire, toutes les variantes à la portée d'un homme de l'art. REVENDICATIONS 1. Un dispositif de circuits pour la détection de variations péri on diques superposées à un train d'impulsions distribuées autrement de manière désordonnée caractérisé en ce qu'il comporte : un circuit intégrateur susceptible d'être alimenté avec le train d'impulsions et de produire un signal variant péri on diquement en réponse à celui-ci ; des moyens sensibles au niveau de la tension connectés en vue de recevoir ledit signal variant périodiquement et destiné à produire7 pour chaque cycle dudit signal variant périodiquement, au moins un signal primaire lorsque le signal variant périodiquement excède un premier niveau prédéterminé de tension et au moins un signal secondaire lorsque le signal variant périodiquement tombe au-dessous d'un second niveau prédéterminé de tension ; et un circuit de sortie connecté en vue de recevoir lesdits signaux primaire et secondaire et destiné à produire une impulsion de sortie correspondant à chaque cycle dudit signal variant périodiquement. 2. Un dispositif de circuits selon la revendication 1 caractérisé en ce que le circuit de sortie est sensible seulement au premier signal primaire et au premier signal secondaire provoqués par chaque cycle du signal variant périodi quement. 3. Un dispositif de circuits selon l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le module de la tension du premier niveau de tension prédéterminé est plus grand que le module de la tension du second niveau de tension prédéterminé. 4. Un dispositif de circuits selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce que les moyens sensibles au niveau de la tension comprennent un premier et un second circuits sensibles au niveau de la tension, chacun étant connecté de manière à recevoir ledit signal variant périodiquement et étant approprié à la production desdits signaux primaire et secondaire. 5. Un dispositif de circuits selon la revendication 4 caractérisé ce que le premier et le second circuits sensibles au niveau de la tension comprennent un premier et un second circuits à bascule de Schmitt, chacun étant du type comprenant une paire de transistors à émetteurs couplés. 6. Un dispositif de circuits selon la revendication 5 caractérisé en ce que la sortie de la première bascule de Schmitt est connectée au collecteur de la première paire respective de transistors à émetteurs couplés tandis que la sor tie de la seconde bascule de Schmitt est connectée au collecteur de la seconde paire respective de transistors à émetteurs couplés. 7. Un dispositif de circuits selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que les premier et second niveaux prédéterminés de tension sont tels que la différence entre eux est plus grande que l'amplitude de crete de toute tension ondulée susceptible d'être superposée au signal à variation périodique. 8. Un dispositif de circuits selon l'une des revendications 1 à 7 ca ractérisé en ce que le circuit de sortie comprend un circuit bistable comportant un premier et un second circuits, respectivement, connectés en vue de recevoir lesdits signaux primaire et secondaire, lesdits circuits d'entrée étant sensibles seulement aux transitions de tension dans le sens négatif. 9. Un dispositif de circuits selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce que le circuit intégrateur comprend une diode de pompage. 10. Un tachymètre, du type comprenant une source radioactive fixée à un élément rotatif ou faisant partie intégrante de celui-ci et un compteur à scintillation, équipé d'un dispositif de circuits conforme à l'une des revendications 1 à 9.