Brevet FR2410306A1 — publié le 19790622

La présente invention concerne un dispositif de comparaison de la fréquence d'oscillation d'une montre à quartz avec la fréquence d'étalonnage d'une émission stabilisée par une horloge atomique en vue du réglage de la marche de ladite montre. Les montres à quartz actuelles ont une variation de marche géneralement de l'ordre de la seconde par jour. Afin de régler la montre lorsque la variation de marche accumulée est nettement supérieure à la seconde par jour, les horlogers doivent faire appel actuellement à l'horloge parlante ou bien à une horloge très précise afin de comparer l'heure de celle-ci et de la montre à deux instants séparés de plusieurs jours. Ce procédé de comparaison est très long pour obtenir une précision de mesure relativement élevée. De manière à obvier à cet inconvénient, on pourrait concevoir l'utilisation d'une horloge de référence locale, du type à quartz de grande stabilité, et d'un synthétiseur de fréquence, qui permeftrait de sélectionner une fréquence synchrone de l'horloge de référence voisine de celle de la montre à quartz en vue de leur comparaison. Cependant, un tel procédé de mesure a pour inconvénient d'employer un matériel électronique onéreux. L'objet principal de la présente invention est de fournir un dispositif de comparaison de fréquence directe, rapide et précise entre la fréquence d'oscillation d'une montre à quartz et une fréquence d'étalonnage de stabilité très élevée sans avoir recours à des moyens électroniques complexes et couteaux. La fréquence d'étalonnage à laquelle fait appel l'invention est par exemple celle de l'émetteur de radiodiffusion T.D.F. d'ALLOUIS (France) qui est piloté par une horloge atomique à césium. La fréquence émise est actuellement de 163.840 Hz. L'incidence des circuits d'émission et l'influence de la propagation hertzienne limite sa précision à court terme; elle demeure néanmoins supérieure à 10 , soit un écart de marche d'environ une seconde en trente ans. D'autre part, cette fréquence est avantageusement bien adaptée à la comparaison avec les fréquences usuelles de l'horlogerie électronique à quartz, comme on le verra dans la suite, ces dernières se déduisant de la fréquence d'étalonnage par un facteur multiplicatif simple. On conçoit, dès lors, que si lton dispose d'un dispositif recevant la fréquence d'étalonnage et captant les ondes électromagnétiques émises à la fréquence d'oscillation du quartz, on pourra effectuer une comparaison de ces fréquences en vue d'obtenir la grandeur et le signe de ltécart entre ces fré quences après un bref délai de l'ordre de quelques secondes à quelques dizaines de secondes et ce, au moyen d'un dispositif électronique relativement simple et, par conséquent, bon marché. A cette fin, le dispositif de comparaison conforme à la présente invention est caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de captation des ondes élec tromagnétiques d'oscillation émises par ledit quartz pour transmettre une première fréquence synchrone de la fréquence du quartz, des moyens de réception d'une fréquence d'étalonnage transmise par un émetteur piloté par une horloge atomique pour transmettre une seconde fréquence synchrone de ladite fréquence d'étalonnage et voisine de ladite première fréquence, et des moyens de comparaison desdites première et seconde fréquences pour indiquer la grandeur et le signe de ltécart de fréquence entre lesdites première et seconde fréquences en vue de régler la marche de ladite montre. Conformément à la présente invention, les moyens de captation compor- tent un capteur métallique du type à couplage capacitif en contact mécanique avec le boîtier de la montre. Avantageusement, de manière à utiliser un dispositif de faible prix de revient, les moyens de captation et les moyens de réception comprennent en dépendance des valeurs de la fréquence d'oscillation du quartz et de la fréquence d'étalonnage, chacun un étage d'amplification accordé respectivement à ladite fréquence du quartz ou à ladite fréquence d'étalonnage et un ensemble composé d'au moins l'un des circuits multiplicateur de fréquence, diviseur de fréquence, circuit à boucle de phase asservie afin que les deux ensembles desdits circuits transmettent auxdits moyens de comparaison deux signaux impulsionnels auxdites première et seconde fréquences voisines. D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention apparaî- tront à la lecture de la description de plusieurs exemples de réalisation qui suit, et à 11 examen des dessins annexés correspondants, dans lesquels - la Fig. 1 est un bloc-diagramme d'un exemple de réalisation préférée du dispositif de comparaison de fréquence conforme à l'invention - la Fig. 2 est un bloc-diagramme détaillé des moyens de comparaison des fréquences et d'indication de la grandeur et du signe de l'écart des fréquences; - les Figs. 3A et 3B représentent la forme des signaux transmis aux moyens d'indication de la grandeur de ltecart des fréquences lorsque celui-ci est positif et lorsque celui-ci est négatif; et - les Figs. 4A et 4B représentent en détail deux variantes de l'étage d'amplification accordé à la fréquence du quartz. En se référant à la Fig. 1, on a representé les trois parties essentielles d'un exemple préféré de réalisation du dispositif de comparaison de fréquence conforme à l'invention, à savoir - une partie de captation I des ondes électromagnétiques émises par le quartz de la montre 4 et générant des impulsions à une fréquence F R + #F synchrone et multiple ou sous-multiple de la fréquence d'oscillation FQ du quartz ; - une partie réception 2 d'une fréquence d'étalonnage F E générant des impulsions à une fréquence de référence F R synchrone de F E et voisine de celle F + # F transmise par la partie t; eut - une partie 3 propre à la comparaison des fréquences F + +LF F et FR indiquant ltécart de fréquence ss F et son signe. A titre d'exemple non limitatif, on se réfère dans la description ci-après, au réglage de la marche d'une montre 4 à quartz oscillant à la fréquence FQ = 32.768 Hz par rapport à une fréquence d'étalonnage FE = 163.840 Hz. Cette dernière est celle de l'onde porteuse de ltémetteur d'ALLOUIS (France) dont la précision est garantie à mieux que t0 9 par une horloge atomique, comme déjà dit dans l'entrée en matière. Le capteur 10 de la partie 1 est constitué par un petit plateau métallique, une cloche métallique ou par tout autre élément métallique de forme propre à etre en contact mécanique avec la montre à quartz 4 et à capter par couplage capacitif le rayonnement électromagnétique de la montre à quartz 4. Ce capteur 10 est relié à un étage d'amplification sélectif Il accordé à la fréquence du quartz F Q et de mise en forme rectangulaire du signal reçu.Eventuellement - comme on le verra dans la suite - la sortie de ltétage it est connectée à un étage intermédiaire 12 permettant d'obtenir un multiple, un sous-multiple de la fréquence FQ ou une autre fréquence convenable FR + F synchrone de FQ voisine de la fréquence de référence FR et transmise à l'une des entres 30t de la partie de comparaison 3. Dans la partie réception 2, une antenne 20 du type à cadre en ferrite transmet le signal reçu à la fréquence d'étalonnage F E à un étage d'amplification 2t constitué par deux amplificateurs accordés à la fréquence FE. Selon cet exemple de réalisation, un oscillateur à-boucle de phase asservie 22 délivre à sa sortie 220 la fréquence 131 072 Hz transmise à l'une des entries 230 d'un mélangeur 23 et à l'entrée d'un diviseur 24 de fréquence par 4 et de mise en forme rectangulaire. L'autre entre 231 du mélangeur 23 reçoit la fréquence FE, de sorte que le battement soustractif de fréquence 163.840 - 73t.072 = 32.768 Hz est transmis par la sortie 232 du mélangeur 23 vers l'une des entrées 221 de l'oscillateur 22 à travers un étage d'amplification sélectif et de filtrage passe bande 25. L'autre entrée 222 de ltoscillateur 22 est reliée à la sortie du diviseur de fréquence 24 et par conséquent reçoit le signal de fréquence t3t.072 / 4 = 32.768 Hz Le comparateur de phase inclus dans l'oscillateur 22 compare ainsi les signaux des soustraction et division précédentes reçues à ses deux entrées 221 et 220 afin que celui-ci soit synchronisé sur la fréquence d'étalonnage FE et transmette à travers le diviseur 24 la fréquence de référence FR = 32.768 Hz totalement débarrassée des modulations parasites dues à ltémission de la fr- quence d'étalonnage FE. Les signaux impulsionnels de fréquences FR + F et FR sont respectivement transmis directement par ltétage d'amplification tl selon cet exemple - ou éventuellement par ltétage 12 - et par le diviseur 24 aux entrées 301 et 302 de la partie 3. Comme représenté plus en détail à la Fig. 2, la partie de comparaison 3 comporte un comparateur 30 comprenant deux portes NON-ET 303, 304, montées en bascule bistable à sorties complémentaires dont les entrées sont reliées chacune à travers un inverseur, respectivement 305 et 306, aux entries 301 et 302, un dispositif de mesure de l'écart de fréquence # F 31 dont ltentrée est reliée à l'une des sorties de la bascule bistable, par exemple la sortie de la porte 303, et un indicateur du signe de ltécartA F 32 ayant ses deux entrées 321 et 322 reliées aux sorties complémentaires de la bascule 303 - 304. Dans le dispositif de mesure 31, selon l'exemple de réalisation représenté, un circuit d'entrée RC 310 intègre les créneaux de largeur variable transmis par la porte NON-ET 303 pour transmettre un signal en dents de scie à un appareil de mesure 311 comme un voltmètre à cadre mobile par exemple Selon le sens du glissement de phase qui dépend du signe de l'écart # F des fréquences comparées FR + F et FR, la tension excitant l'appareil de mesure 311 a sensiblement la forme des dents de scie représentée à la Fig. 3A lorsque 19 F est positif ou des dents de scie représentée à la Fig. 3B lorsque ss F est négatif.Dans les deux cas, ces signaux ont une période respective T comprise entre deux mouvements rapides de l'aiguille de l'appareil 311 selon un sens (droites verticales des signaux en dents de scie). La période T du mouvement lent de l'aiguille selon le sens opposé au prc- dent représente ainsi la durée nécessaire à l'accumulation entre les signaux comparés de fréquence FR et FR + F d'un cycle entier t/F du signal R R R de référence. Ainsi pendant la période T, (n + 1) périodes 1/F du signal R R de référence et n périodes (1/ (FR + # F)) du signal de fréquence à mesurer R sont transmises par les parties 2 et t, n étant un nombre entier.Si la durée T du mouvement lent de l'aiguille est mesurée, on déduit des relations simples suivantes (n # 1 ) / F R = T et n / (F + # F) = T la grandeur de ltécart de fréquence F:: | #F | = t/T Cette grandeur convertie en marche journalière (24 heures = 86400 s) conduit à la relation suivante pour l'exemple considéré 86400 = 86400 = 2,6 / T seconde / jour F R xT 32768 x T Lorsque les mouvements relativement lents de l'aiguille se répètent trop rapidement, c'est-à-dire lorsque T est inférieure à la seconde, il est difficile de déterminer le signe de l'écart de fréquence A F, mais également de mesurer la durée T.Dans ce cas, si la précision du réglage le nécessite, un dispositif d'affichage numérique remplace l'appareil de mesure 311 et indique directement à l'utilisateur la valeur de la durée T, ou la différence de marche journalière et éventuellement mensuelle entre la montre à quartz et l'horloge atomique d'étalonnage. En effet, il est plus facile de régler la montre par rapport à une grandeur dEoriBplus grande que 24 heures comme le mois par exemple. Ainsi, une mesure de T égale par exemple à 10s indique une différence de marche d'environ 8 secondes par mois. Dans tous les cas, la présente invention associe à la mesure de la valeur absolue de d F, le signe de 1t F indiqué par l'indicateur de signe 32 représenté en détail à la Fig. 2. Celui-ci comprend deux bascules monostables 323 et 324 à portes NON-ET qui sont déclenchées par des impulsions négatives transmises par deux circuits RC différentiateurs 325 et 326 Les signaux complémentaires issus des sorties des portes NON-ET 303, 304 du compara teur de phase 30 excitent respectivement les circuits différentiateurs 325 et 326 dont l'un seulement transmettra des impulsions négatives à la bascule monostable associée selon le signe de ltécart de fréquence n F.Le déclenchement de la bascule monostable correspondante provoque le scintillement de l'une des diodes électroluminescentes 327 et 328 reliée à la sortie de ladite bascule monostable. En se référant maintenant aux Figs. 4A et 4B, on a représenté en détail deux exemples de réalisation de la partie de captation 1 propre à délivrer des signaux rectangulaires à une fréquence synchrone de la fréquence FQ du quartz choisie inhibes de toute modulation parasite. La Fig. 4A montre un étage d'amplification sélectif 11 particulièrement adapté à un accord sur des fréquences inférieures au mégahertz. Il comprend un étage adaptateur à très haute impédance d'entrée composé d'un transistor à effet de champ 110 dont la grille est couplée capacitivement au capteur 10 et est reliée à une source de courant constant à transistor à jonction 111. La tension transmise par la source du transistor 110 de l'ordre de 1 mV est amplifiée par un amplificateur 112 de gain 50 dB dont la boucle de réaction comprend un filtre 113 accordé sur la fréquence FQ du quartz. L'amplificateur 112 confère une bande passante de 600 Hz. Puis, le signal est mis en forme rectangulaire dans ltétage à transistor monté en émetteur commun 114 et transmis éventuellement à travers l'étage 12 à l'entrez 301 du comparateur de phase 30. L'étage d'amplification sélectif Il représenté à la Fig. 4B est au contraire particulièrement adapté à un accord sur des fréquences supérieures au mégahertz. Il comprend un amplificateur 115 dont l'entrée est directement accordée à la fréquence du quartz captée FQ au moyen d'un circuit oscillant parallèle 116 couplé capacitivement au capteur 10. La sortie de l'amplificateur 115 transmet à travers un transformateur 117 les signaux rectangulaires à la fréquence FQ vers l'entrée 301 du comparateur de phase 30 éventuellement à travers l'étage 12. Bien que l'invention ait été décrite selon un exemple particulier de réalisation, il reste entendu que toutes modifications en ce qui concerne l'étage 12 et l'ensemble d'accord et de boucle d'asservissement 21 - 25 des parties 1 et 2 peuvent etre adaptées par l'homme de l'art, afin que deux fréquences voisines soient transmises aux deux entrées de la partie de comparaison 3. En effet, si on désire régler la marche d'une montre à quartz oscillant par exemple à l'une des fréquences usuelles 49152 Hz, 786.432 Hz, 2.359.296 Hz ou 4.194.304 Hz, l'étage 12 comportera au moins l'un des éléments diviseur de fréquence, multiplicateur de fréquence, circuit à boucle de phase associée, convenable pour restituer une fréquence voisine de 32768 Hz dans le cas de la réception de la fréquence d'étalonnage de l'émetteur d'ALLOUIS à 163840 Hz. Les facteurs multiplicatifs simples sont pour les fréquences de quartz précitées: 3/2, 24, 72, 128. D'autre part, dans le cas de l'utilisation du dispositif conforme à l'invention dans un pays autre que la Franc, l'ensemble sera adapté pour recevoir la fréquence de l'horloge atomique d'étalonnage du pays-de référence, comme celle émise par l'émetteur de DROITWICH en Grande-Bretagne, par exemple . En outre, si ltémetteur d'ALLOUIS reprenait l'émission de la fréquence 164.000 Hz, une adaptation similaire serait prévue. Dans tous les cas, les étages d'amplification sélectifs Il et 21 seront accordés respectivement à la fréquence du quartz FQ et à la fréquence d'étau lonnage F E et l'ensemble 21 - 25 et ltétage 12 seront constitués convenablement par au moins l'un des éléments diviseur de fréquence, multiplicateur de fréquence7 circuit à boucle de phase asservie, de manière à restituer deux fréquences FR + A F et F R voisines. A cet égard, la présente invention prévoit des tiroirs interchangeables des étages d'amplification sélectifs, de ltétage t2 et de l'ensemble 22 - 25. REVENDICATIONS t . Dispositif de comparaison de fréquence en vue du réglage de la marche d'une montre à quartz, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens de captation des ondes électromagnétiques d'oscillation émises par ledit quartz pour transmettre une première fréquence (FR + #FR ) synchrone de la fréquence du quartz (FQ), des moyens de réception d'une fréquence d'étalonnage (FE) transmise par un émetteur piloté par une horloge atomique pour transmettre une seconde fréquence (FR) synchrone de ladite fréquence d'étalonnage et voisine de ladite première fréquence, et des moyens de- comparaison desdites première et seconde fréquences pour indiquer la grandeur et le signe de ltécart de fréquence ( #F) entre lesdites première et seconde fréquences en vue de régler la marche de ladite montre. 2. Dispositif de comparaison de fréquence conforme à la revendication t, caractérisé en ce que les moyens de captation comporte un capteur métalli- que du type à couplage capacitif en contact mécanique avec ladite montre. 3. Dispositif de comparaison de fréquence conforme à l'une des revendications 1 et 2, caractérisé-en ce que lesdits moyens de captation et lesdits moyens de réception comprennent chacun un étage d'amplification accordé respectivement à ladite fréquence du quartz (FQ) ou à ladite fréquence d'etalonnage (FE) et un ensemble composé d'au moins l'un des circuits multiplicateur de fréquence, diviseur de fréquence, circuit à boucle de phase asservie afin que les deux ensembles desdits circuits transmettent auxdits moyens de comparaison deux signaux impulsionnels auxdites première et seconde fréquences voisines (FR + b FI F, FR). 4. Dispositif de comparaison de fréquence conforme à l'une des revendications 1 ou 3, caractérisé en ce que lesdits moyens de compan comprennent un comparateur de phase desdites première et seconde fréquences comportant une bascule bistable, un circuit intégrateur du signal transmis par l'une des sorties de ladite bascule bistable, des moyens d'indiquer la grandeur de l'écart de fréquence (t F), et des moyens connectés aux sorties complénientaires de ladite bascule bistable pour indiquer le signe de l'écart de fréquence ( .g F). 5. Dispositif de comparaison de fréquence conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'indiquer ltécart de fréquence ( F) comportent un appareil de mesure du type voltmètre à cadre mobile. 6. Dispositif de comparaison de fréquence conforme à la revendication 4, caractérisé en ce que les moyens d'indiquer l'écart de fréquence ( # F) comportent un dispositif à affichage numérique de ltecart de fréquence ( # F) exprime en marche journalière et/ou en marche mensuelle. 7. Dispositif de comparaison de fréquence conforme à l'une des revendications 4 à 6, caractérisé en ce que les moyens d'indiquer le signe de ltécart de frequence ( a F) comprennent deux circuits logiques, chacun connecté à l'une des sorties de ladite bascule bistable et comportant, en série, un circuit différentiateur, une bascule monostable et une diode électroluminescente. 8: Dispositif de comparaison de fréquence conforme aux revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ltétage d'amplification accordé à ladite fréquence du quartz (FQ) comprend, en outre, un étage d'adaptation à impédance d'entre Q élevée relié capacitivement audit capteur et un amplificateur sélectif ayant dans sa boucle de réaction un filtre accordé à la fréquence du quartz (FQ). 9. Dispositif de comparaison de fréquence conforme aux revendications 2 et 3, caractérisé en ce que ltétage d'amplification accordé à ladite fréquence du quartz (FQ) comprend, en outre, un amplificateur dont l'entrée est connectée à un circuit oscillant relié capacitivement audit capteur. 10. Dispositif de comparaison de fréquence conforme à l'une des revendications t à 9, caractérisé en ce que la fréquence d'étalonnage est égale à 163840 Hz et en ce que la fréquence du quartz est égale à k fois 32768 Hz, où k est un nombre entier ou un nombre fractionnaire simple.