Brevet FR2029386A1 — publié le 19701023

L'invention concerne d'une façon générale le domaine des dispositifs à fluide nécessitant un oscillateur à impulsions ; elle a plus particulièrement pour objet les systèmes qui comportent un circuit de comptage simplifié, à fonctionnement rapide, et qui ne nécessite pas de circuit de contre-courant, ni l'aide d'éléments bistables pour assurer le sens dans lequel le courant devra commuter sous l'impulsion suivante. Les dispositifs purement à fluide ont récemment connu une grande vogue et ont trouvé de grandes applications dans les systèmes de commande sophistiqués, et d'une façon générale dans les calculateurs, ént donné que ces dispositifs sont caractérisés par l'absence totale de pièces mobiles. Ces dispositifs emploient un jet de puissance ou fluide qui peut être commuté de façon sélective vers des canaux de sortie par d'autres jets de fluide de commande qui réagissent sur le courant de puissance qui doit être commuté. Le jet de commande présente un niveau d'énergie relativement faible par rapport à celui du jet de puissance, de sorte qu' un dispositif terminal connecté au canal de sortie peut recevoir une alimentation en puissance beaucoup plus grande que celle du jet de commande. Les.dlspositifs purement à fluide, des types monostable et stable, sont couramment utilisés. Dans le dispositif bistable appelé "flip-flop", le jet de puissance est dévié vers l'un des deux canaux de sortie par une impulsion du jet de commande appliquée momentanément, après quoi le jet de puissance est maintenu dans le canal de sortie jusqu'à ce qu'une impulsion du jet de commande différente vienne le faire commuter vers l'autre canal de sortie.Les dispositifs monostables sont caractérisés par le fait qu'il existe une sortie qui reçoit normalement le jet de puissance et dans laquelle, en réponse à une impulsion d'un jet de commande, le jet de puissance se trouve momentanément dévié vers la seconde sortie, à la suite de quoi, au moment de l'interruption du jet de commande, le jet de puissance commute immédiatement vers la sortie la plus stable. Indépendamment de cette façon de caractériser les dispositifs purement à fluide à partir de leur fonctionnement monostable oulistable, ces dispositifs peuvent être répartis en dispositifs à échange de forces vives et dispositifs à couche limite. Dans un dispositif à échange de forces vives ou interaction de courants, un jet de commande est dirigé contre le flanc du jet de puissance et dévie celui-ci du trajet du jet de commande. Il est ainsi possible de dévier de façon sélective le jet de puissance vers une ou plusieurs surfaces cibles (ou canaux de sortie ou passages de sortie) où le jet de puissance peut alors effectuer un certain travail. Dans les dispositifs à couche limite, le jet de puissance est dirigé vers une surface-cible ( ou un passage de sortie) sous l'effet de la distribution de pression dans la couche limite du jet de puissance. Cette distribution de pression est commandée par la configuration de la paroi de la chambre d'interaction, le niveau d'énergie du jet de puissance, les caractéristiques de transport du fluide, la charge des passages de sortie et le débit du fluide de commande au niveau de la couche limite. La déviation sélective du jet de puissance vers un passage de sortie donné est commandée en introduisant le fluide de commande dans la couche limite du jet de puissance. Par suite de la variation dans la distribution de la pression dans le jet de puissance et sa couche limite, le jet de puissance se trouve obligé de commuter vers l'autre passage de sortie.La configuration de la chambre d'interaction peut être choisie de façon que le jet de puissance se bloque contre une paroi donnée et y reste plaqué, même lorsque le débit du fluide de commande est interrompu. Les oscillateurs à impulsions de guidez qui peuvent ou ne peuvent pas former un étage de compteur de type classique, doivent faire appel à des éléments bistables pour assurer la direction dans laquelle le jet de puissance devra commuter et/ou un circuit de contre-courant qui, par lui-même, exige un temps considérable pour établir le contre-courant nécessaire pour assurer la direction dans laquelle le jet de puissance commutera à l'impulsion suivante. Dans le but de simplifier ce type d'oscillateur, les éléments bistables d'appoint-ont été supprimés, mais la présence des circuits à contre-courant nécessite un temps relativement long pour établir dans sa totalité le contre-courant nécessaire pour assurer que le jet commutera dans la direction désirée au moment de la réception de l'impulsion de commande suivante. La présente invention concerne plus particulièrement un oscillateur à impulsions de fluide de structure particulièrement simple, qui peut fonctionner comme un seul étage de compteur à impulsions. Cet oscillateur comprend : un amplificateur stable, de préférence du type à blocage contre la paroi, comportant un orifice d'entrée pour diriger de façon sélective un jet de puissance vers l'un des deux passages de sortie, cet amplificateur bistable étant pourvu de passages de commande opposés pour agir sur ledit amplificateur.Un dispositif monostable,comportant une première sortie stable recevant normalement le jet de puissance et une seconde sortie non stable,est relié à liextrémitéRdta-eearant--des- eeedant de chaque passage de sortie de l'amplificateur à fluide. Un passage de réaction est relié respectivement à chaque sortie non stable et/l'un des passages de commande opposés de l'amplificateur à fluide. Des moyens sont prévus pour alimenter simultanément en impulsions de commande chacun des dispositifs monostables pour obliger le jet de puissance à se déplacer momentanément de la première sortie du dispositif monostable vers la seconde sortie du dispositif non stable et à effectuer par conséquent la commutation du jet de puissance de l'un des passages de sortie de l'amplificateur bistable vers l'autre. En cas de fonctionnement par impulsions delongue durée, des circuits de retard peuvent être placés dans les passages de réaction. Les dispositifs monostables peuvent aussi être du type à blocage contre la paroi.Les moyens prévus pour fournir l'impulsion en fluide de commande simultanément vers chacun des dispositifs monostables, peuvent comporter un orifice central d'entrée d'impulsion de commande fonctionnant pour fournir l'impulsion de fluide vers les passages de commande divergents, au niveau de l'entrée des dispositifs monostables. Pour assurer le passage du jet de puissance dans le premier orifice de sortie de chacun des dispositifs monostables, la chambre d'interaction, du côté opposé à celui relié à la première sortie peut déboucher dans l'atmosphère. Les caractéristiques ci-dessus, ainsi que d'autres caractéristiques secondaires et les avantages qui en découlent, apparat tront de façon plus détaillée dans la description ci-après d'une forme particulière de réalisation, donnée en référence à la figure unique q.ui représente une vue en plan, avec section partielle, d'un oscillateur à impulsions de fluide selon l'invention. La construction de l'oscillateur à fluide I0, qui peut constituer de préférence un seul étage de compteur à impulsions, est du type classique. Les dispositifs à fluide, sont en général, cons titués par une structure feuilletée comportant deux plaques externes I2 et I4, recouvrant chacune des faces d'une plaque intermédiaire I6, dont les particularités de configuration sont celles représentées sur la figure unique.Les plaques I2, 14 > I6 peuvent être formées dans un matériau, tel qu'un métal, une matière plastique, du verre, des substances céramiques ou des céramiques de verre, ou tout matériau analogue, les paques externes I2 et I4 étant soigneusement fixées par scellement à la plaque intermédiaire I6, réalisé par tout moyen convenable, en particulier par collage. Les plaques I2, I4, I6 peuvent comporter des conduits ou des cavités de formes convenables. Si des conduits et des cavités internes sont formés dans les plaques externes 12 et I4, ils doivent etre formés jusqu'à une profondeur inférieure à l'épaisseur des plaques, puisque ces dernières doivent servir d'enveloppe pour le dispositif. Les plaques I2, I4, I6 sont de préférence liées entre elles par fusion.Dans la forme de réalisation représentée, la plaque intermédiaire I6 comporte des canaux, conduits, cavités, et autres ouvertures analogues. Les parties manquantes de la plaque intermédiaire peuvent être enlevées par estampage, attaque chimique ou tout autre procédé classique. Dans la structure représentée, la plaque intermédiaire I6 comporte des parties enlevées afin de constituer un canal I8 -d'entrée du fluide, se terminant par un orifice d'entrée 20 à l'extrémité amont d'un amplificateur purement à fluide 21, à blocage contre la paroi, comportant une chambre d'interaction 22. Un élément de forme effilée 24 intervient en combinaison avec les parois divergentes 26 et 28 d'une chambre pour constituer deux passages de sortie divergents 30 et 32 de ltamplificateur, à ltex- trémité aval de la chambre d'interaction. I1 faut remarquer que la surface de la section de chacun des passages de sortie 30 et 32 est bien supérieure à celle de l'orifice d'entrée 20.Une paire de passages de commande opposés 34 et 36 sont disposés perpendiculairement à l'axe de la chambre d'interaction 22, au voisinage de l'orifice d'entrée 20. Une source de fluide sous pression, non représentée, qui est reliée à l'entrée de fluide I8, oblige un jet de puissance 37 à Eénétrer dans la chambre 22 par le conduit d'entrée 20 qu'iL traverse dans le sens aval en direction du diviseur 24.Une asymétrie de la chambre obligera le jet de puissance à entrer par l'un ou l'autre des passages de sortie 30 ou 32 en blocuant celui-ci contre l'une ou l'autre des parois 26 ou 28 (en supposant que le dispositif est du type à blocage contre la paroi!. On supposera en outre qu'ex l'absence d'un signal de comme mande le Jet de puissance Sp bloquera normalement de lui-même sur ln paroi ge droite 28 et circulena dans le passage de sortie 32. A l'extrémité du passage de sortie ou canal72, un second ajutage ho forme un rétrécissement qui se comporte comme une résistance et fait partie d'un dispositif à fluide monostable couplé en série 38. Ce dispositif à fluide monostable 38 comporte un ajutage 40 pour diriger le fluide sous pression dans la chambre 42 où celuici, en l'absence d'un signal de commande, se bloquera de lui-même contre la paroi de la chambre 44, puisque la paroi opposée 46 est d'une part plus éloignée, et d'autre part communique avec l'atmosphère par l'intermédiaire de l'orifice d'échappement 49 ménagé dans la plaque I4. A l'extrémité de la chambre 42, dans le sens aval, la paroi 44 se trouve en rapport avec une second élément diviseur 50 pour former un premier passage de sortie 52 du dispositif monostable.Le diviseur 50 coopère en outre avec la paroi droite éloignée 46 pour former à l'extrémité aval de la chambre 42 un second passage de sortie 54 non stable. Un canal de réaction 56 relie le passage de sortie non stable 54 au passage de commande du côté drolt 36 de l'amplificateur à fluide 21 à blocage contre la paroi. De façon analogue, à l'extrémité aval du passage de sortie 30 de l'amplificateur à fluide à b0ecage-contre la paroi, on trouve un second dispositif monostable/couplé en série, comportant un ajutage 60, et une chambre d'interaction 62 constituée par les parois opposées 64 et 66. Le fluide sous pression émis par llaju- tage 60 tend à se bloquer de lui-même contre la paroi 64 puisque la paroi opposée 66 d'une part est plus éloignée et d'autre part débouche dans l'atmosphère (de façon analogue à ce qui se passe pour la paroi 46) par l'intermédiaire de l'orifice d'évacuation 68. Un diviseur 70 coopère avec la paroi 64 pour former un second passage de sortie stable 72 et coopère avec la paroi 66 pour former un passage de sortie non stable 74.De même, un canal de réaction recourbé 76 permet de relier le passage de sortie non stable 74 rit dispositif monostable 58 au passage de commande 34 de la parti gauche de l'amplificateur à fluide 21 à blocage contre la paroi. L'oscillateur à impulsions de fluide est commandé à partir d'une seule source d'impulsions de fluide non représentée, qui est reliée à un orifice d'entrée 78 situé dans la partie centrale du dispositif. Cet orifice d'entrée 78 de l'impulsion de fluide débouche à son extrémité aval dans un couple de passages de commande, à l'opposé l'un de l'autre, 80 et 82, qui sont reliés respectivement aux dispositifs monostables 38 et 58. A cet égard, le passage de commande de droite 80 débouche dans la chambre d'interaction 42 du dispositif monostable, près de la zone de décharge du fluide dans la chambre en provenance de l'ajutage 40. De façon analogue, le passage de commande 82 de la partie gauche débouche dans la chambre d'interaction 62, au voisinage de l'ajutage 60. Sur le dispositif représenté, il a été en outre prévu des moyens d'évacuation sous la forme des passages 84 et 86 et des conduits d'évacuation 88 et 90 pour les passages de sortie de fluide 30 et 32 respectivement. Ainsi, lorsque, du fait de la présence des ajutages de section rétrécie 40 et 60, se produit une tendance du jet de puissance à s'inverser à l'entrée des passages de sortie 31 et 32 de l'amplificateur à fluide, la présence des moyens d'évacuation empêchera l'inversion de pression de faire tendre à un battement prématuré du Jet de puissance de l'un des passages de sortie vers l'autre, par suite de la surcharge au passage de sortie. En cours de fonctionnement on suppose que l'alimentation en fluide sous pression de l'orifice d'entrée I8 du jet de puissance a pour effet de faire passer le fluide à travers le passage de sortie de droite 32 de l'amplificateur 21, puis le passage de sortie stable 52 de ltélément monostable 3ç. L'application momentanée d'une impulsion de fluide à l'orifice de commande 78 aura pour effet que la moitié de l'impulsion de fluide s'échappant du jet de puissance )7 dans le passage de commande 82 ne provoquera aucun effet, puisqu'il n'y a pas de circulction du jet de puissance plans B partie gauche de l'oscillateur. lrependant, cette Moitié de ;'impulsion d'entrée qui traverse le passage de commande de droite 80 obligera le jet de puissance à E' décoller de la paroi de gauche 44 et du passage de sortie stable 52, pour pénétrer dans le passage de sortie lion stable 54.Puisqu? ce passage de E Drtie 54 est directement relié au passage de coss ande de droite 6 de l'amplificateur 21, le fluide pénétrant dans le canal de r action 56 constituera un signal de commande qui sera immédiatement appli qué à la base du jet de puissance à son point d'entrée dans la chambre d'interaction 22 de l'amplificateur 21, obligeant le jet de puissance 37 à commuter du passage 32 vers le passage de sortie lui risant face 30, où il se bloquera alors contre la paroi 26, établissant les mimes conditions précédemment décrites. A la réception de l'impulsion suivante dans le passage de commande d'impulsion 78, puisque le jet de puissance 26 ne traverse plus le passage de sortie 32 de l'amplificateur et le passage de sortie 52 du dispositif monostable, la présence d'une impulsion de commande dans le passage de commande 80 n'aura aucun effet sur le fonctionnement de l'oscillateur. Cependant l'autre moitié de l'impulsion de commande qui traverse le passage de commande de gauche 82 obligera le jet de puissance 37, qui s'est maintenant bloqué de lui-meme contre la paroi 64 dans le passage de sortie 72 du monostable, à se déplacer vers le passage de sortie non stable 74.Dans le passage de réaction 76 > un signal de commande est créé, qui est reçu par le passage de commande 34 pour provoquer la commutation du jet de commande 36 dans le passage de sortie 32 de l'amplificateur. Il est bien évident que l'impulsion de fluide provenant de l'entrée 78 de l'impulsion de commande ne doit Fs dépasser la somme du temps de réaction et du temps de commutation de lloscil- lateur bistable puisque, s'il en était ainsi, la présence du fluide sous pression dans le passage de commande 82 aurait pour effet une inversion immédiate du jet de puissance du passage de sortie 30 vers le passage de sortie 32. Cependant pour un fonctionnement par impulsions longues, des circuits à retard, sous forme d'une série de résistances ou de condensateurs, pourraient être prévus dans la boucle de réaction pour les conduits 56 et 76 > afin d'assurer un fonctionnement convenable du bis table en cas de mouvement du jet de puissance dans l'un ou l'autre sens. Le dispositif à fluide a été décrit d'une façon générale comme étant un oscillateur à impulsions de fluide. I1 est bien évident que le dispositif peut être utilisé comme compteur, pour compter les impulsions constituées par les impulsions du jet de commande en provenance du passage de commande 78. Pour chaque impulsion de commande le jet de puissance 37 commute d'un état dans l'autre, son apparition se faisant à l'une ou l'autre des sorties 56 ou 72 du monostable et représentant un décompte. Le dispositif est capable d'effeetuer un comptage très rapide, puisque le compteur n'a pas besoin d'être restauré avant d'être capable de recevoir l'impulsion de comptage suivante.De mème il n'exige pas non plus un circuit de contre-courant qui nécessiterait, de par sa structure même, un temps considérablement long pour établir le contre-courant nécessaire pour assurer le sens dans lequel le courant devra commuter à l'impulsion suivante. Le jet de-puissance restera dévié ou commute vers l'un ou l'autre des passages de sortie 30 ou 32 de l'amplificateur à fluide et par conséquent, des passages de sortie 72 ou 52 du dispositif monostable dans lesquels il avait été dirigé par le jet de commande, même après que l'im- pulsion de commande soit terminée.Puisque l'énergie contenue dans le jet de commande à l'intérieur du passage de commande 78 peut avoir un niveau bien inférieur à celui du jet de puissance 37 > l'oscillateur à impulsions de fluide peut être simplement considéré comme un amplificateur à fluide. Le dispositif de la présente invention est plus particulièrement destiné à être utilisé dans les circuits simplifiés ou dans les circuits de comptage susceptibles d'etre miniaturisés bien que le dispositif présente des applications beaucoup plus générales, telles que celles dlun os oscillateur à impulsions.Pour cette dernière application une impulsion de longue durée peut être appliquée au passage de commande 78, au quel cas le système oscillera pendant l-a durée de l'impulsion à une fréquence qui sera fonction des caractéristiques internes du dispositif. Dans ce cas, ltoscillateur à impulsions de fluide présente un grand intéret dans des applications, telles que les circuits d'horloge, par exemple. La présence des passages d'évacuation 84 et 86 et des orifices 88 et 90 a essentiellement pour but d'éviter que la présence des ajutages limiteurs 40 et 60 n'interfère avec lé fonctionnement correct de l'oscillateur en réponse aux impulsions de commande reçuoedans le passage de commande 78. Ils ne modifient ni la fréquence ni la sensibilité de l'os- cillateur. Le jet de puissance 37 et les impulsions de commande peuvent être fournis par un fluide compressible, tel que l'air, l'azote, ou tout autre gaz, ou un fluide incompressible, tel 1BRU ou tout autre fluide incompressible. Les fluides compressibles ou incompressibles peuvent contenir des matières solides. Bien que la présente description ait été faite à partir dune forme patSculière de réalisation, il est bien évident que l'on peut y apporter de nombreuses modifications dans les détails sans sortir pour autant du cadre de l'invention. - RiENDICA^TIONS - I1 est revendiqué comme faisant l'objet de 1 invention IO) Un oscillateur à impulsions de fluide, caractérisé par le fait qu'il est constitué par - un amplificateur à fluide bistable, comportant un orifice d'entrée pour diriger sélectivement un jet de puissance vers l'un des deux passages de sortie, et des passages de commande de part et d'autre dudit orifice d'entrée ; - un dispositif à fluide monostable, couplé à l'extrémité aval de chacun des passages de sortie de l'amplficateur à fluide, chacun desdits monostables comportant une sortie non stable et un passage de réaction reliant ladite sortie non stable au pas sa ge de commande correspondant de l'amplificateur à fluide ;; - des moyens pour l'alimentation simultanée de chaque dispositif monostable en impulsions de commande, pour obliger le jet de puissance traversant l'un des monostables à commuter momentanément vers la sortie non stable et de ce fait commuter de l'un des passages de sortie de l'amplificateur à fluide vers l'autre. 20) Un oscillateur selon la revendication I, dans lequel l'amplificateur bistable est du type à blocage contre la paroi et comporte une chambre d'interaction constituée par des parois opposées et des moyens pour diviser le jet de fluide dans le sens aval, qui forment avec lesdites parois des passages de sortie divergeant. 70) Un oscillateur selon la revendication 2, comportant en outre des moyens d'évacuation pour chaque passage de sortie de l'ampli fiCptcur à fluide interposé entre le diviseur de jet et le dispositif monostahle correspondant. 40) Un oscillateur selon la revendication I, dans lequel chaque dispositif monostyle est du type à blocage contre la paroi et constitué par - une chambre d'interaction ayant des parois opposées, - un ajutage à son extrémité amont, relié à ltextrémité aval de son passage de sortie respectif avec l'amplificateur à fluide, - un diviseur, du côté aval de la chambre d'interaction, formant avec l'une des parois de ladite chambre une première sortie stable. 5") Un oscillateur selon la revendication 4, dans lequel 7a seconde paroi dela chambre d'interaction du dispositif monostable est davantage décalée latéralement par rapport à l'axe de son ajutage que ne l'est la première paroi, pour former une sortie non stable. 60) Un oscillateur selon la revendication 4, comportant en outre des moyens d'évacuation portés par la chambre d'interaction du dispositif monostable, au voisinage de la seconde paroi, pour assurer le blocage du jet de puissance contre ladite première paroi. 70) Un oscillateur selon la revendication 4, comportant en outre un passage commun pour l'impulsion de commande, disposé entre les premier et second passages de sortie divergeant, et des passages de commande orientés en sens opposé, chacun d'eux ayant une extrémité reliée à la chambre d'interaction correspondante du dispositif monostable, au voisinage de l'orifice d'entrée et ayant son autre extrémité reliée au passage commun de l'impulsion de fluide de commande.