Brevet FR2007470A1 — publié le 19700109

dispositif économétrique ..la présente invention a pour objet un. 7 Bgjèoe'yfà%5CBCiba&èiaœ is&t actionne de ^ r dispositif. enronométrique ./ÛBKÉiDèe par/l'énergie nucléaire, /ïQeSâoe la radiation d'une source radio-active agit sur un élément ou compteur électronique pour commander l'avance de la pièce d'horlogerie, dispositif cnronométrique 5 Un>/^IjgÊîêxiî'JflDiiBgKxiE connut de ce type est basée sur le fait qu' une source radio-active ayant une période élevée produit un nombre égal d'impulsions dans un appareil à mesurer les radiations pendant chaque unité de temps, de sorte que le comptage de ces impulsions permettrait une mesure du temps très exacte, en particulier sur de 10 longues périodes. La difficulté réside dans le fait que pour obtenir une exactitude suffisante pendant des intervalles de temps assez courts, une fréquence d'impulsions très élevée serait nécessaire pour maintenir à une valeur faible l'erreur statistique. Cela exige une source radio-active d'intensité relativement élevée, c'est-à-15 dire ayant une valeur Curie élevée nécessitant un blindage qui ne peut guère être logé dans une montre-bracelet. En outre, un compteur d'impulsions présentant un rapport de division extrêmement élevé serait nécessaire, et il serait également difficile de le faire tenir dans une montre-bracelet. Avec de faibles sources, par exemple 20 dep sources j?> , il serait possible d'obtenir un blindage suffisant, mais la valeur Curie nécessaire serait trop élevée pour les normes de sécurité habituelles. En tout cas, une source d'énergie distincte produisant la puissance électrique est aussi requise. On sait généralement que 1'énergie électrique peut être pro-25 duite par une transformation thermo-électrique, radio-photovolta-'ique ou radiovolta'ique. Cependant, toutes les sources d'énergie connues de ce type ne conviennent pas pour l'emploi dans une montre, en particulier une montre-bracelet, pour une raison ou pour une autre. Ou bien, de telles sources d'énergie exigent des sources radio-50 actives trop fortes, ou bien ont une durée de service trop courte parce que certains de leurs constituants subissent des modifications chimiques, ou encore leur voltage et/ou leur courant ne convient dispositif chronométrique pas pour faire fonctionner les circuits d'unî/xgéèoe ^ 9&cstslxig!eïrôex Un but de l'invention est d'accorder entre eux l'élément com-dispositif chronometrique 35 mandant l'avance dty'ïx. pxggg ot'kocKkocgaEKBjx, la source d'énergie nucléaire servant à irradier cet élément et une batterie électrique alimentée par la même source d'énergie nucléaire, afin que toutes ÊAD ORIGINAL 69 11966 2 2007470 les conditions soient réalisées pour utiliser ces constituants dans une montre, en particulier dans une montre-bracelet. lis chronoméfcrique ^ il xbegerax/selon lrinvention est caractérisé en ce qu'comprend une sou'rce d'énergie radio-active S p , une batterie nu- 5 cléaire pour la conversion directe de cette radiation en énergie électrique, une fenêtre dans ladite batterie permettant le passage d'un faisceau de radiation , un détecteur d'impulsion électrique dans ledit faisceau de radiation, et un circuit électrique de mesure, du temps commandé et alimenté par ladite source d'énergie radio-10 active par l'intermédiaire dudit détecteur et de ladite batterie. Une batterie telle qu'une batterie à émission secondaire ou une batterie à émission directe, ou encore un élément électronique irradié pour produire une fréquence de comptage apte à commander le dispositif chronométrique jgjsâszsc i'iHKJûiQgsEÊeîi peut être alimenté de façon convenable par une 15 source de radiation j3 ayant un niveau d1 énergie relativement bas. La possibilité d'utiliser une source nucléaire ayant un niveau d'énergie relativement bas, de par exemple 0,2 à 1 MeV, est avantageuse en ce sens que des modifications de matière ne se produisent ni dans la batterie, ni dans l'élément électronique irradié qui peut 20 être un élément semi-eondueteur. Pour cette raison, le système suivant l'invention présente une durée de service très élevée. La description qui va suivre en regard du dessin annexé, donné à titre d'exemple non limitatif, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée, les particularités qui ressortent 25 tant du dessin que du texte faisant, bien entendu, partie de ladite invention. La fig. 1 est- une vue schématique d'un premier mode de réalisation. La fig. 2 illustre un circuit modifié destiné à être utilisé 30 dans un mode de réalisation tel que celui montré sur la fig. 1. La fig. 3 est un schéma d'un autre mode de réalisation. Les fig. 4 à 6 représentent des variantes de transducteurs électromécaniques. • dispositif chronométrique, " / Le/^iXEEE a'k!£K£sxgacxK8: represente* sur la fig. 1-presente une 35 batterie avec une source 1 de radiation radio-active, par exemple une préparation appropriée de Ni 63 ou de Sr 4-0. Cette source a la ' forme d'un disque -ou d'une couche mince entre deux plaques 2 et 2' BAD OftlÛlNAL^I^Il 69 11966 3 2007470 d'oxydé de magnésium ou de n'importe quel autre milieu d'émission approprié. Les plaques 2 et 2' d'oxyde de magnésium ont une épaisseur de 0,4 mm par exemple. Une électrode collectrice'ou-électrode de captage 3, 3' est disposée à l'extérieur de chacune des plaques 5 d'émission 2 et 2' respectivement. L'espace situé entre les plaques 2 et 3 ou 2' et 3' peut être de l'ordre de 0,03 mm. L'espace situé entre les plaques 2 et 3 et entre les plaques 2' et 3' est vide d'air. A cet effet, la "batterie formée des parties 1 à 3 peut être logée dans un carter scellé vide d'air. Les plaques 2 et 2' sont 10 reliées à un conducteur commun 4, tandis que les plaques 3 et 3f sont reliées à un conducteur 5- Les plaques 2 et 3 présentent respeptivement des fenêtres 6 et 7 superposées l'une à l'autre. Ces fenêtres forment un conduit à travers lequel la radiation jS est émise à partir de la source 1 15 et atteint un élément semi-conducteur 8-. On utilise un élément semi-conducteur ayant une fréquence de recombinaiLsaBi marquée sous l'action d'une radiation ^ . De préférence, on se sert d'un élément de comptage pn. Cet élément est relié en série avec une bobine de couplage 9 disposée entre les conducteurs 4 et 5 de la bat-20 terie. La bobine 9 est couplée avec la bobine d'un circuit oscillant 10 accordé sur la fréquence de recombihaison dé l'élément 8. L'oscillation de résonance de la fréquence de recombihaison ou fréquence de comptage dans le circuit 10 est amplifiée par un transistor 11 et est appliquée à l'entrée d'un diviseur de fréquence ou divi- 25 Seùr d'impulsion 12 dont la sortie est reliée à-la bobine d'action- avancement actionner nement 13 d'un cliquet diiasxbdjotKiBmBtKfc 14 destiùé à éx±x3s£xœr une dispositif chronométrique roue à rochet 15. Les aiguilles ds/bét jëkèite xl '±DOtixBger±ie ou un compteur sont entraînés par la roue à rochet par 1 'int-ermédiaire d'engrenages, d'une manière connue de' l'homme du métier. 30 Un diaphragme réglable 16 est disposé entre l'élément 8 et la fenêtre 7 pour régler le faisceau de la radia,tion atteignant l'élément 8. ' ' dispositif chronométrique L&optœEE à 'ÏL®x±®ggxx& décrite fonctionne de la manière suivante: ' 35 La radiation (3 provenant de la source 1 et pénétrant dans les plaques d'émission 2 et 2' libère un grand nombre d'électrons secondaires dont l'énergie a un niveau tel que les électrodes collec BAD ORIGINAL 69 11966 4 2007470 trices 3 et 3' se chargent à un voltage approprié. Comme indiqué plus haut, une source radio-active ayant un niveau d'énergie relativement bas, de par exemple 0,2 à 1 MeV, constituée par exemple par du Fi 63, peut être utilisée. Une source d'environ 20 mC est 5 suffisante. L'énergie électrique de la batterie est appropriée et suffisante pour alimenter l'élément semi-conducteur 8, le transistor 11 et le diviseur 12. dispositif chronométrique La fig. 2 illustre une modification d»4^. &'koffldxQïïsœèâc de la fig. 1, comportant un circuit électronique simplifié. Un élé-10 ment RC 19 est monté en série avec la bobine 9- Il peut servir à régler la fréquence car, en changeant la capacité de l'élément RC relié en série avec la capacité de l'élément 8, un changement et un réglage de la fréquence sont possibles. Une armature 17 plongeant dans la bobine 9 est suspendue au moyen de bras de parallélogramme 15 18. Le cliquet db^^^^ue««ixufecl4 est monté sur l'armature 17. Les éléments 10 - 13 de la fig. 1 sont supprimés dans cette forme d'exécution simplifiée. D'autres modifications du mode de réalisation de la fig. 1 sont conBfeaables. Les pièces 2 et 3 peuvent avoir une forme cylin-20 drique au lieu d'être des plaques comme décrit plus haut. Dans ce cas, une source de radiation en forme de tige est logée dans un cylindre creux*en une matière d'émission. D'autres matières peuvent être employées aussi" bien pour la.source de radiation que pour le milieu d'émission. 25 Au lieu de la batterie à électrons secondaires représentée, on peut utiliser une batterie à semi-conducteur avec jonction pn, la source de radiation, constituée par exemple par. du Sr 90, étant , placée entre deux cristaux mixtes dopés appropriés, de type pn ou np; dans ce cas, jusqu'à 10^ paires d'électrons et de trous peuvent 30 être produites par chaque particule ayant une énergie de l'ordre de 0,2 MeV. Pour une intensité de la source de l'ordre de 20 mC, —6 un voltage de 0,2 Y et un courant de 4.10 A peuvent être obtenus. En montant en série deux sources de ce.- type et un compteur semiconducteur approprié, on peut obtenir un circuit fonctionnant de la 35 manière décrite ci-dessus en regard de la fig. 1. Il va de soi que la batterie représentée sur la fig. 1 peut 'M 4 | 69 11966 5 2007470 être utilisée dans n'importe quel autre champ d'application. Dans le mode de réalisation représenté sehématiquement sur la fig. 3> une batterie 20 est employée, dans laquelle il ne se produit pas d'effet d'émission secondaire, mais l'électrode collec-5 trice est chargée directement par la radiation ji de la source radio-active d'une manière bien connue en soi. If'importe quelle source de radiation appropriée, de préférence du H 3S peut être utilisée. En choisissant convenablement la batterie, on obtient un voltage de l'ordre de 300 Y. Gomme indiqué sur la fig. 1, l'électrode 10 collectrice (non représentée) de la batterie 20 présente une fenêtre à travers laquelle un faisceau de radiation est dirigé sur un tube de comptage 21. la prise 22 d'un potentiomètre 23 est reliée par l'intermédiaire d'une diode 24 a tin condensateur 25. Ce dernier peut être déchargé à travers un élément de trigger approprié 26, 15 par exemple un tube à décharge gazeuse ou Line diode Zeher et une bobine 27 enroulée sur un noyau 28 agissant sur une armature 29 avancement portant un cliquet d '«sixaxasmsasi 30. Une roue a rochet 31 peut être actionné par le cliquet 30 de la manière décrite en regard de' la fig. 1 pour entraîner les aiguilles ou un compteur de la pièce 20 d'horlogerie. Au moyen d'un diaphragme 32 disposé entre la fenêtre de la batterie 20 et le tube de comptage 21, le faisceau de la radiation est réglé de façon que le tube de comptage 21 fonctionne dans une gamme de fréquence appropriée. On sait que les tubes de comp- 25 tage ont une fréquence-limite supérieure bu fréquence de saturation au-dessus de laquelle le comptage n'est plus possible en raison de l'ionisation continue du gaz contenu dans le tube, ce qui a pour effet de court-circuiter le tube en permanence. Pratiquement, le fréquence de comptage est réglée par exemple à 100 impulsions par 30 seconde. Avec un courbant à travers la diode 24 de 10 A, un con- —8 densateur 25 de 10 E est chargé en'une seconde à environ 60 Y, la —8 charge étant de l'ordre de 10 As. le voltage d'allumage de l'élément 26 est réglé à environ 60 Y, de sorte que le condensateur 25 est déchargé à la fin de chaque seconde à travers lfélément 26 et la * —8 35 bobine 27. Une impulsion de courant de l'ordre de 10 A produit une force sur l'armature 29 de l'ordre de 4 mg à 15 gauss et pour une 2 surface de noyau de 40 mm . Cette force est suffisante pour action- BAD OmOMAL 69 11966 6 2007470 ner le cliquet d'impulsion 30 et faire avancer la roue à rochet 31 n dispositif chronométrique , . dispositif avec les^engrenages da./J^ jpàKxec de'JambDgpKsec. Le mecanisme du,g^ ^■^^nâ™ÊBxâlglxxKxest ainsi avancé d'un pas par seconde. L'énergie extrêmement faible de la batterie est accumulée dans le condensa-5 teur 25 pendant l'intervalle de temps d'une seconde et l'énergie accumulée est suffisante pour faire"avancer le mécanisme de la pièce d^horlogerie d'un pas par seconde. Le réglage de la marche peut se faire de deux manières. En J v principe, l'intervalle entre deux impulsions pas a pas successives 10 peut être réglé par le nombre d'impulsions de comptage se produisant par seconde, c'est-à-dire en réglant l'intensité du faisceau de radiation au moyen du diaphragmé 32. Un autre réglage est possible en changeant le voltage dfimpulsion transmis au condensateur 25 en réglant le rapport du potentiomètre 23. 15 La fig. 4 illustre un transducteur électromécanique quelque peu modifié, les parties correspondantes portant les mêmes signes de référence que sur la fig. 3. L'armature 29 est un ressort-lame ayant une élasticité élevée, fixé à l'une des ailes du noyau 28 et portant un poids calibré 33 à son autre extrémité. La fréquence de 20 résonance de cette armature-ressort est réglée au double de la fréquence d'impulsion dans la bobine 27 ou à un autre multiple quelconque de cette* fréquence d'impulsion. Lorsqu'un système oscillant mécanique ayant un facteur Q relativement élevé est utilisé, son oscillation peut être entretenue convenablement par une fréquence 25 d'impulsion qui est sensiblement plus basse que la fréquence du système oscillant mécanique. Cette fréquence peut être de l'ordre de 50 Hz. La fig. 5 illustre une autre variante dans laquelle l'oscillation d'un diapason 34 est entretenue par les impulsions traver-30 sant la bobine 27 enroulée sur un noyau spécial 35. Le" diapason 34 porte un cliquet 30 pour faire avancer la roue à ,rochet" 31. Au lieu d'un transducteur électro-dynamique ou électro-magnétique tel que montré sur les fig» 1 à 5, on peut utiliser un transducteur électrostatique tel que montré schématiquement sur la fig. 35 6. Ce transducteur possède" deux électrodes planes 36 et 37 fixées à un cadre 38. Au moins 1'électrode'inférieure 37 est constituée par une membrane en matière élastique. Un cliquet d 69 î1966 7 2007470 30 en prise avec la roue à rochet 31 est fixé sur l'électrode inférieure 37. les électrodes 36 et 37 sont munies respectivement de contacts 39 et 40. Le transducteur électrostatique représenté sur la fig. 6 peut 5 être monté dans le circuit montré sur la fig. 3 à la place de la —8 "bobine 27. Lorsqu'une impulsion de 60 V et de 10 A est appliquée transducteur à partir du condensateur 25 à travers l'élément de trigger 26, JjSV ' montré sur la fig. 6 produit aussi une force de l'ordre de 4 mg, —13 pourvu qu'il ait une capacité de l'ordre de 2.10 î ou une sur-10 face de 16 mm et une distance entre les électrodes 36 et 37 de 1 mm. Sous l'action de cette force, l'électrode élastique inférieure 37 est courbée vers l'intérieur jusqu'à ce que les contacts de décharge 39 et 40 se touchent, ce qui décharge le condensateur 25-L'électrode 37 retourne alors dans sa position initiale, de sorte 15 que la roue à rochet 31 avance d'un pas sous l'action du cliquet 30. Lorsque le transducteur de la fig. 6 est utilisé au lieu de la bobine 27 de la fig. 3 > 11 élément de.trigger 26 peut être supprimé. Il est évident qu'en augmentant la charge du condensateur 25, l'électrode 37 serait courbée davantage en direction de l'électrode 36 20 jusqu'à ce que les contacts 39 et 40 se touchent et déchargent le condensateur 25. Du fait que les contacts 39 et 40 se touchent toujours pour le même voltage, il est évident que le transducteur de la fig. 6 peut remplacer l'élément de trigger 26. Cependant, le transducteur électrostatique de la fig. 6 peut 25 aussi être monté directement entre la prise 22 du potentiomètre 23 et la borne 41 du circuit montré sur la fig. 3» et dans ce cas les éléments 25 à 27 de ce circuit seraient supprimés. Les contacts 39 et 40 du transducteur peuvent aussi être supprimés. L'électrode 37 avancement ' , _ portant le cliquet d ' 30 oscille maintenant a la fre- 30 quence des impulsions produites par le tube de comptage. Dans ce cas, les électrodes 36 et 37 peuvent avoir une surface de l'ordre de 20 mm et peuvent êtye séparées l'une de l'autre par une distance de 0,1 mm. Avec un voltage par impulsion de 100 V, une force de l'ordre de 5 mg à une vitesse de 0,02 cm/s serait produite. L'éner- -9 -5 35 gie est de l'ordre de 5.10 Ws ou 5.10 cmgs. Cela suffit pour en- avancement traîner un cliquet d ' atKbEeaxreHieïiit; et une roue à rochet ainsi que les engrenages d'une pièce d'horlogerie. 11966 8 2007470 10 15 20 25 1. /j??g^~(?g55HèEôgf»vL^' 3Ô8fcrscniKx par/l 'énergie nucléaire, comprenant une source d'énergie radio-active émettant une radiation^, une batterie nucléaire apte à convertir directement cette radiation jh en énergie électrique, une fenêtre dans ladite batterie pour laisser passer un faisceau de radiation , un détecteur d'impulsion électrique dans ledit faisceau de radiation, et un circuit électrique de mesure du temps commandé et alimenté par ladite source d'énergie radio-active à travers ledit détecteur et ladite batterie. Dispositif chronométrique 2. £x&&& dUasxKtagEKK&K selon la revendication 1, comprenant un détecteur semi-conducteur et un circuit électrique servant à la sélection de la fréquence de recombination dudit détecteur semi-con-ducteur. positif chranomét : selon la revendication 1, comprenant une source d'énergie radio-active•ayant un niveau d'énergie d'au moins approximativement 0,2 à 1 MeV, constituée par exemple par du Ni 63. Dispositif chronometrique 4. l'ibe» selon la revendication 1, comprenant une source radio-active d'au moins approximativement 20 mC. s. ift$i8atia3M8SiSffl%1at4uîa revendication 1, comprenant une batterie à émission secondaire. 6 ^§§§Sphronométçiquî irique séloÏL la revendication 5S comprenant du MgO ayant une épaisseur d'au moins approximativement 0,4 mm comme milieu à émission secondaire. Lspositif chronojnétrique séxbn la revendication 1, comprenant un diaphragme disposé entre ladite fenêtre et ledit détecteur pour régler l'intensité dudit. faisceau de radiation-. 8 la revendication 2, dans laquelle ladit source radio-active est une couche disposée entre deux plaques 30 d'un milieu'à émission secondaire, et une -électrode "collectrice est associée avec chacune de ces plaques d'un milieu à émission secondaire, ledit faisceau passant à-travers les fenêtres superposées de l'une desdites plaques de milieu à émission secondaire et de l'une desdites électrodes collectrices, un diaphragme étant disposé entre 35 lesdites fenêtres et ledit détecteur semi-conducteur. Dispositif chronométrique 9. amfeae i&ft«x'i«igannrar selon la revendication 2, dans laquelle ledit détecteur semi-conducteur est un compteur pn. BAD ORIGINAL t t 69 11966 9 2007470 10. g1t«g«K'âmr «en nn la revendication 2, comprenant un filtre, par exemple un circuit oscillant, pour la sélection de la fréquence de recombinaison. ;hron.omét3 11. rFrv&ir'iï n9iU? a revendication 2, comprenant un diviseur de fréquence pour la réduction de la fréquence de recombinaison. Dispositif chronométrique 12» riE aliittiXRlu^auxixjC selon la revendication 2, comprenant un circuit RC monté en série avec l'élément semi-conducteur. 13. revendication 12, dans la- 10 quelle ledit circuit RC comprend un condensateur variable. "tif chronométrique 15 20 25 30 35 14. ixÈfcs; se. '^.a revendication 2, comprenant une bobine montée en série avec ledit détecteur semi-conducteur, nnrmT» . _ ... avancement, ladite bobine étant destinée à S! un cliquet d' „ ^ Dispositif chronométrique n. , 15. v***»1-» "type pn ou de type np-. Dispositif chronométrique 16. iJOEsadnxgancHB selon la revendication 1, comprenant une batterie à voltage élevé montée en série avec ledit détecteur d'impulsion, un condensateur destiné à être chargé par chaque impulsion produite par ledit détecteur, ledit condensateur étant relié à l'entrée de commande d'un trigger, ledit trigger étant déclenché chaque fois que le potentiel dudit condensateur a atteint une valeur prédéterminée, de sorte que ledit condensateur est dé- actionnement chargé et qu'une impulsion '«nrlvrg^K-wiHfnÉr est transmise à un système d'entraînement électromécanique. Dispositif chronométrique 17. SCrede Stiî8Er33£$ïns$ac selon la revendication 16, comprenant un potentiomètre monté en série avec ledit détecteur, la prise dudit potentiomètre étant reliée audit condensateur. Dispositif chronométrique 18. angTnrimr selon la revendication 17, comprenant une diode branchée entre ladite prise et ledit condensateur. ig I&APositif chronométrique selon la revendication 16, comprenant un système d'entraînement électrostatique ayant des plaques de condensateur dont au moins 1'une d'elles est déplaçable et est couplée avancement avec un cliquet d'3EX*ESÉKK3EgEBdc. Dispositif çhronometrjgue. 20. -fesfoQcjx**ixix»g&rije se la revendication 19, dans laquelle ladite plaque de condensateur déplaçable fait partie d'un 69 11966 10 2007470 oscillateur mécanique accordé sur la fréquence des impulsions îïîbEïGS gmaOBEassasax d ' acti onnement » 21. ^SêlSà^xs^^^™acSeîo§liîa revendication 19, dans lequel ledit détecteur d'impulsion est un tube de comptage monté en sé- 5 rie avec ladite "batterie à voltage élevé et avec ledit système d'IÊ:-tionnement iBS3dB3E9ŒS®afe électrostatique comportant un condensateur, ce condensateur faisant partie d'un circuit RC monté en série avec le tube de comptage. Dispositif chronometrique 22. SSèaa selon la revendication 19, dans lequel aetionnement , . 10 ledit systeme d'MrinrantnraQBaadc électrostatique présente des contacts court-circuitant et déchargeant lesdites plaques de condensateur chaque fois que le condensateur a été complètement chargé et déformé par sa charge.