Brevet FR2501451A1 — publié le 19820910

-1 - La présente invention se rapporte à un circuit de synchronisation d'éclair et elle a treit plus particulière- ment mais non exclusivement à un tel circuit conçu pour être utilisé pour l'examen au microscope de la propagation d'une fissure qui se produit lorsqu'un objet est soumis à une char- ge de fatigue cyclique. Jusqu'à présent, il n'a pas été possible d'examiner d'une manière économique la propagation des fissures dans des métaux qui sont soumis à des charges de fatigue cycli- ques suffisantes pour provoquer la propagation d'une crique ou fissure, en particulier lorsque la fissure doit être ob- servée au microscope. Par conséquent, l'un des buts de la présente inven- tion est de réaliser un circuit de synchronisation d'éclair pour permettre l'observation de l'effet d'un phénomène cycli- que sur un objet à un instant désiré au cours des cycles du phénomène cyclique. Par conséquent, conformément à un aspect général de la présente invention, il est prévu un circuit de synchroni- sation d'éclair pour synchroniser une décharge éclair d'un tube éclair de façon à éclairer un objet qui doit être soumis à un phénomène cyclique de sorte que l'effet de ce phénomène sur l'objet peut être observé stroboscopieuement à des ins- tants désirés au cours de ces cycles, ce circuit comprenant un tube à déchargp éclair, un circuit d'alimentation en ten- sion pour fournir la tension nécessaire au tube à décharge afin de lui permettre de produire une décharge lorsqu'il est déclenché par un circuit le déclenchement, un circuit de déclenchement, des moyens d'entrée pour recevoir un signal d'entrée représentatif des anppritions du phénomène cvclique et des moyens de commande connectés aux moyens d'entrée et au circuit de déclenchement et fonctionnant en réponse au signal d'entrée pour déclencher le circuit de déclenchement 2 5 0 1 4 5 1 -2- aux instants désirés au cours des cycles, de façon à provo- euer la production des d4charges éclairs aux instants dési- rés au cours des cycles. De préférence, le circuit est connecté de manière operante à un microscope de telle sorte au'on peut observer à l'aide de ce dernier un objet qui doit être soumis à un phénomène cyclinue. Il est particulièrement préféré nue le signal d'en- trée soit un signal du type en rampe et que les moyens de commande soient constitués par un circuit comparateur de tension, dont la tension de référence peut être réglé par un utilisateur à une valeur désirée, de sorte que, lorsque la tension en rampe est égale à la tension de référence, le comparateur produit un signal de sortie qui sert à déclencher le circuit de déclenchement. Pour permettre une meilleure compréhension de l'in- vention, on en décrira maintenant un mode de réalisation préféré en se référant aux dessins annexés dans lesquels: o La Figure I est une représentation schématique d'un appareil utilisé pour examiner la propagation d'une fissure dans un échantillon ou éprouvette à l'aide d'un microscope; et La Figure 2 est un schéma du circuit électronique utilisé pour provoquer la production d'une décharge éclair par le tube à décharge éclair aux instants requis0 Sur la Figure 1 à laquelle on se référera tout d'abord, on a représenté un objet échantillon 2 constitué par une éprouvette dans laquelle a été form5e une ouverture ou entaille 3 de façon à créer un point de départ d'une fis- sure 5. L'objet 2 est Placé dans une machine 11 d'applica- tion de crge de fatigue cycliaue, qui applique une charge de fatigue cvycliqoue à l'objet 2 dans la direction indinuée par la flèche ?. Ta charge de fatigue cyclique est enpli'uée, -3- de préférence, à des fréquences supérieures à 15 Hz et inférieures à 200 Hz environ. La machine 11 servant à appliquer la charge de fatigue n'a été représentée que par un rectangle sur le schéma de la Figure 1 étant donné qu'on considère qu'une telle machine 11 est connue dans ce domaine de la technique. Un exemple d'une telle machine est celle fabriquée par la Société M.T.S. Systems Corporation, Minneapolis, E.U.A. et qui est vendue sous le numéro de modèle 810. Une telle machine 11 produit un signal de sortie désigné SYNC qui est un signal qui est synchronisé avec les cycles d'application de la charge de fatigue à l'objet. Typiquement, le signal SYNC est un signal en rampe semblable à une onde en dents de scie dans laquelle la partie croissan- te ou en rampe a sa grandeur qui croit pendant la période de chaque cycle au cours de laquelle la charge de fatigue est appliquée à l'échart illon. Le signal SYNC est ensuite appli- qué à un appareil électronique 13 qui comprend le circuit préféré de la présente invention et l'appareil électronique 13 applique, à son tour, des signaux de sortie sur une ligne 9 à un tube éclair au Xénon monté dans une tête 15 de tube éclair à proximité d'un microscope 17 et disposé de façon à éclairer l'objet 2.'L'appareil électronique 13 comporte sur son panneau avant des "moyens de commande" réglables 19 au moyen desquels on peut choisir au préalable l'instant, au cours de chaque cycle, o la décharge éclair doit se produire. Le panneau avant comporte autour des moyens de commande 19 une échelle graduée allant d'une position "ouverte" à une position "fermée" d'observation de la fissure. Le schéma détaillé du circuit de l'appareil a été représenté sur la F'gure 2 et on doit noter que la tête 15 de tube éclair est séparée de l'alimentation en courant, du circuit d'excitation du tube éclair et du circuit de synchro- nisation auxquels elle est connectée par un càble connecté à -4- des bornes 3, 4 et 5. L'alimentation en courant, le circuit d'excitation du tube éclair et le circuit de synchronisation sont contenus dans un bottier séparé non représenté. Celui- ci est représenté dans l'ensemble par l'appareil électroni- que 17 de la Figure 1. L'alimentation en courant du circuit est constituée essentiellement par un circuit redresseur en pont double qui fournit une tension d'alimentation régulée de 6 volts ainsi qu'une tension d'alimentation de 400 volts pour le circuit de déclenchement du tube éclair 21. La tète 15 de tube éclair a une forme appropriée pour recevoir le tube éclair 21 au Xénon qui fournit une énergie lumineuse de sortie élevée pendant une courte période de temps. L'éner- gie nécessaire pour exciter le tube éclair 21 au Xénon est fournie par un condensateur de2"uF - dans le présent cas formé de deux condensateuEsde 1 "F - qui est chargé par l'a- limentation en 400 V. Une impulsion de déclenchement fournie par le circuitde déclenchement a une tension de l'ordre de 300 V et est appliquée au primaire d'un transformateur 23 pour produire un signal de sortie de déclenchement de l'or- dre de 4000 V qui est appliqué à l'électrode de déclenchement qui est enveloppée autour du tube éclair 21 au Xénon. Cette tension est suffisante pour y ioniser le gaz qu'il contient et provoquer la décharge du condensateur de 2OyF provoquant ainsi la production d'un éclair. L'impulsion de déclenchement appliquée au primaire du transformateur 23 est obtenue par la charge du condensateur de 0,022 yF à 300 V. Lorsque l'électrode de commande d'un redresseur au silicium commandé IR 122 D est déclenchée, il décharge le condensa- teur de 0,022 yF dans le primaire du transformateur 23. Lors- que le condensateur de 0,022 yF a été déchargé, le redresseur au silicium commandé coupe le circuit et permet au condensa- teur de se recharger en temps utile pour l'impulsion de déclenchement suivante. -5- Les circuits de changement de niveau et de compa- raison représentés sur la Figure 2 fonctionnent en utilisant deux amplificateurs opérationnels A et B alimentés par les conducteurs de l'alimentation en 6 volts. Le signal d'entrée du circuit est le signal à forme d'onde triangulaire ou si- gnal en dents de scie (signal SYNC indiqué sur la Figure 1), dont l'amplitude de + 12,5 V est réduite à + 3 V, et qui est appliqué à l'amplificateur changeur de niveau A, type LM 3900, dont le signal de sortie est une forme d'onde trian- gulaire allant de 0 à 6 V. Le second amplificateur B, type LM 3900, est connecté au comparateur de tensions et reçoit cette forme d'onde triangulaire et compare la tension de ce signal à une tension de référence appliquée à son autre bor- ne d'entrée. Le comparateur p rduit un signal de sortie à forme d'onde rectangulaire dont le rapport haut niveau - bas niveau, ou facteur d'utilisation, peut varier entre 2 et 98 % de la forme d'onde d'entrée. Ce signal de sortie est appliqué à un circuit séparateur à charge d'émetteur et dif- férencié par un condensateur de 2 pF produisant ainsi des impulsions à chaque front de l'onde rectangulaire. Celles-ci sont utilisées pour exciter l'électrode de commande du re- dresseur au silicium commandé. L'effet global de cette disposition est de permettre à l'éclair d'éclairer une fissure de l'échantillon à un instant quelconque de chaque cycle pendant que la fissure se propage de l'état fermé à l'état ouvert. La commande de phase - constituée par la résistance variable de 2,5 kna- est utilisée pour régler la grandeur de la tension de référence fournie au comparateur de tensions de façon à ajuster le point dans le temps au cours de chaque cycle auquel la décharge éclair se produit. Le circuit représenté a une gamme de fréquences de fonctionnement qui va de 5 à 35 Hz. Si nécessaire, on pour- rait étendre la gamme de fréquences jusqu'à plus de 100 Hz -6- en réduisant la capacité du condensateur d'excitation pour les hautes fréquences. On comprendra nue l'invention n'est pas limitée uniquement à son emploi avec des microscopes. L'invention est susceptible d'être appliquée d'une manière générale dans tout domaine o un éclairement stroboscopique est re- quis et o il faut commander l'instant au cours de chaque cycle o le tube éclair émet sa décharge. On comprendra également que le signal d'entrée SYNC peut provenir d'une source appropriée quelconque. Dans le cas d'un simple stroboscope, le signal SYNC peut être le signal d'un oscillateur classique contenu dans l'appareil, signal qui est mis en forme d'une manière appropriée pour avoir une forme du type en rampe dont la grandeur s'accroit avec le temps. On peut produire de telles caractéristiques en rampe en employant des techniques de mise en forme des signaux connues afin de modifier une forme d'onde sinusoï- dale ou rectangulaire ou autre signal de synchronisation semblable de manière à produire le signal requis. On doit également comprendre que le mode de réali- sation préféré utilise un signal en rampe oui croit en grandeur mais il est évident que le circui; pourrait être agencé de façon à travailler sur un signal en rampe dont la grandeur irait en décroissant. En outre, le signal en rampe pourrait être d'une nature sinusoïdale ou d'une nature exponentielle ou autre nature similaire sans modifier de manière notable la per- formance de l'appareil. Cependant, pour obtenir une commande linéaire du réglage de phase, il est désirable que le signal d'entrée ait une caractéristique en rampe oui s'accroit régulièrement et linéairement avec le temps comme représentée Des modifications peuvent être apportées à l'inven- tion comme le comprendront aisément les spécialistes dans -7- les domaines de l'électronique, des microscopes et/ou des essais de fatigue. Ces modifications ainsi que d'autres peuvent être effectuées sans sortir du cadre de l'invention dont la nature doit Otre déterminée à partir de la descrip- tion qui précède et qui ne doit être limitée que dans la mesure définie par les revendications annexées. -8- REVENDICATIONS 1.- Un circuit de synchronisation d'éclair pour synchroniser une décharge éclair d'un tube éclair (21) de façon à éclairer un objet (2) qui doit être soumis à un phénomène cyclique de sorte que l'effet de ce phénomène sur l'objet peut être observé stroboscopiquement à des instants désirés au cours de ces cycles, ce circuit (13) étant carac- térisé en ce qu'il comporte un tube (21) à décharge éclair, un circuit d'alimentation en tension pour fournir la tension nécessaire au tube à décharge afin de lui permettre de pro- duire une décharge lorsqu'il est déclenché par un circuit de déclenchement, un circuit de déclenchement (I.R.122D,23), des moyens d'entrée (A) pour recevoir un signal d'entrée représentatif des apparitions du phénomène cyclique et des moyens de commande (B) connectés aux moyens d'entrée et au circuit de déclenchement et fonctionnant en réponse au si- gnal d'entrée pour déclencher le circuit de déclenchement aux instants désirés au cours des cycles, de façon à pro- voquer-la production des décharges éclairs aux instants désirés au cours des cycles. 2.- Circuit de synchronisation selon la revendica- tion 1, caractérisé en ce que le tube éclair est connecté à un microscope (17) de telle sorte qu'on peut éclairer à des instants désirés un objet (2) qui doit être soumis à un phénomène cyclique et l'observer à l'aide du microscope. 3.- Circuit de synchronisation selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce aue le signal d'en- trée est un signal du type en rampe, et en ce nue les moyens de commande sont constitués par un circuit comparateur de tensions dont la tension de référence peut être réglée par un utilisateur à une valeur désirée, de sorte que, lorsque la tension en rampe est égal e à la tension de référence, le comparateur produit un signal de sortie qui sert à déclencher le circuit de déclenchement. 4.- Circuit de synchronisation selon la revendica- tion 1, caractérise en ce que le phénomène cyclique est une charge cyclique qui est appliquée audit objet (2) de sorte qu'une fissure (5) se propage dans ledit objet par suite de l'application de cette charge cyclique, et en ce que ledit circuit de synchronisation d'éclair est connecté à des moyens appliquant la charge cyclique.