Brevet FR2004813A1 — publié le 19691205

i 2004813 Dans de nombreuses applications, on a à mesurer le déplacement d'un élément mobile avec une grande précision et sans appliquer à l'élément aucune force mécanique susceptible de perturber son mouvement. l'une de ces applications consiste dans la naviga-5 tion aéronautique au moyen de gyroscopes qui sont extrêmement sensibles aux forces perturbatrices. De nombreuses autres applications exigent la mesure précise des déplacements, par exemple dans la commande des machine s-outils. Ces machines doivent fréquemment être réglées avec une précision de quelques millièmes de millimètre 10 ou même encore plus grande. Il est connu de mesurer les déplacements sans force en utilisant une lumière qui est transmise à travers des grilles comportant des sections transparentes et des sections opaques disposées alternativement. les grilles sont parallèles entre elles et, si les 15 sections sont uniformément espacées sur les deux éléments mobiles l'un par rapport à l'autre, la transmission de la lumière à travers les deux grilles varie périodiquement entre une valeur maximale et une valeur minimale. Si l'espacement est très petit, on peut obtenir une mesure précise du déplacement en comptant les oscillations 20 de la lumière. Cet agencement ne permet pas la mesure des déplacements qui sont sensiblement plus petits que l'espacement cité. Une construction de ce type est décrite dans le brevet des Etats-tJnis d'Amérique U° 3.218.911• Dans le dispositif décrit dans le brevet des Etats-Unis 25 d'Amérique S® 3«198.061, la lumière émise par la source lumineuse est divisée en deux faisceaux ayant des polarisations différentes et dont l'un se déplace par rapport à l'autre. Ceci donne la possibilité de déterminer dans une certaine mesure des valeurs intermédiaires qui correspondent à une fraction de la période du signal 30 de sortie du dispositif. le but de la présente invention est de permettre une interpolation plus précise entre les valeurs qui correspondent à des périodes complètes du signal de sortie. Ceci est obtenu essentiellement par l'utilisation d'une paire d'obturateurs dont 35 l'un est mobile, le premier obturateur présente une fente primaire et le deuxième obturateur une série de fentes secondaires qui sont inclinées par rapport à la fente primaire, de sorte que le mouvement de l'obturateur secondaire démasque des parties' différentes de la fente primaire. Une source de lumière modulée projette une 40 lumière à travers la fente primaire et un récepteur de lumière 69 08088 2 2004813 répond à la lumière qui traverse les deux obturateurs et produit des signaux de sortie en réponse à la lumière provenant de différentes parties de la fente primaire, les signaux de sortie ayant des phases différentes, les signaux de sortie sont combinés en un 5 signal de combinaison dont la phase est indicative du déplacement et peut être mesurée à l'aide d'un comparateur de phase qui compare la phase du signal de combinaison à celle du signal qui module la source lumineuse. La figure 1 est une vue en coupe schématique des deux 10 obturateurs, et qui montre la disposition générale de la source lumineuse et du récepteur de lumière par rapport à ces obturateurs. La figure 2 est une vue prise suivant la ligne II de la figure 1 et qui montre la disposition des obturateurs et des fentes formées dans ces derniers, ainsi que du récepteur de lumière des-15 tiné à répondre à la lumière provenant de diverses parties de la fente primaire. La figure 3 est un schéma de circuit d'une forme de réalisation dans laquelle on fait subir au signal un changement de fréquence avant qu'il ne module la lumière et le signal de sortie 20 avant qu'il ne soit appliqué au comparateur de phase. La figure 4 représente une variante dans laquelle un dispositif photosensible uni que est couplé par des conducteurs de lumière de différentes longueurs de façon à répondre à différentes portions de la fente primaire. 25 La figure 1 représente, en coupe latérale, le premier obturateur S1, dans lequel est formée une fente primaire PS, et le deuxième obturateur S2, qui est percé de plusieurs fentes secondaires SS« S1 est fixe et S2 est fixé à l'objet dont on cherche à mesurer le déplacement. Une source de lumière modulable LS projette 30 la lumière vers ^S et la lumière qui traverse PS est reçue par un récepteur de lumière LR. La figure 2 est une vue prise suivant la ligne II de la figure 1 et elle montre les fentes secondaires SS pratiquées dans S2 ainsi que la fente primaire PS pratiquée dans S1; elle montre 35 également une série de eellules photo-électriques qui font partie de LR et qui sont sensibles à différentes parties de PS. La figure 3 représente le circuit électrique. LS est modulé par un signal primaire sinco t et la lumière émise par cette source frappe une ou deux des quatre cellules photo-élj»etri-40 ques PC qui font partie de LR. Il ressort clairement de la 69 08088 3 2004813 figure 2 que, en donnant aux fentes une forme et des positions relatives appropriées, les cellules photo-électriques PC sont excitées successivement lorsque S2 se déplace dans un sens. les cellules PC, sauf la première, sont connectées à travers des lignes 5 à retard DL qui ont des retards de phase de 90, 180 et 270 degrés, à un circuit de combinaison MC dans lequel les signaux de sortie retardés qui proviennent des lignes à retard sont combinés en un signal résultant de la phase dépend de 1*écart cc de S2 par rapport à une position initiale ou position de référence. Le signal de 10 sortie de MC est donc approximativement de la forme sin(o) t + a), a étant l'angle de phase par rapport au signal modulant appliqué à LS et représentant le déplacement. Si S2 est dans une position dans laquelle la première des cellules photo-électriques PC reçoit le maximum de lumière, a a la valeur 0, puisque la première cellule 15 photo-électrique PC n'est pas connectée à MC par une ligne à retard» De même, si S2 occupe la position dans laquelle la cellule photo-électrique PC de 90° reçoit le maximum de lumière, oc a la valeur Tf/2 et le signal'de sortie de combinaison de MC est de la forme sin(co t + 1T/2), cc peut être obtenu par mesure directe de 20 la phase du signal provenant de MC par rapport au signal modulant appliqué à LS, et qui est fourni lui-même par un générateur de la fréquence gd . Toutefois, pour des raisons qui apparaîtront au cours de la description de la figure 4, on utilise une fréquence différente pour la mesure de la phase. Cette fréquence est dési-25 gnée par cù - où » et elle est engendrée par un générateur G- et appliquée à un mélangeur ou changeur de fréquence M. Une fréquence hétérodyne &>' fournie par un générateur supplémentaire G-* est appliquée à une deuxième entrée de M. Le signal de sortie de M est donc de la forme sin co t et elle est appliquée à LS. 30 Etant donné que c'est seulement la fréquence ou le phase des divers signaux employés qui présente un intérêt, on suppose que toutes les amplitudes ont la valeur 1. Il se produit un changement de fréquence analogue sur le côté récepteur, dans un mélangeur supplémentaire M' dont une entrée 35 est connectée à &' et l'autre à MC et qui produit un signal de sortie ayant la fréquence o) - co ' et un angle de phase oc» Ce signal de sortie est appliqué à un comparateur de phase qui comprend un réseau à retard réglable PH et un instrument de zéro 01. Le signal de sortie de G est appliqué à PH, et ©n ajuste PH 40 jusqu'à ce que 01, qui est équipé dsune entrée pour ehaeaa des 69 08088 4 2004813 deux signaux à comparer en phase et qui mesure la différence de phase entre les deux signaux, indique zéro. PH est gradué en degrés de différence de phase et on peut lire la valeur oc sur cet instrument lorsque l'ajustement a été réalisé. 5 Pour obtenir une bonne approximation de la valeur sin(cù t + ce), il faut que les fentes aient la forme appropriée pour donner,dans les positions intermédiaires, un rapport correct entre les quantités de lumière qui atteignent les cellules photoélectriques PO qui sont en avant et en arrière de la position en 10 question. Il est également possible d'utiliser un plus grand nombre de cellules photo-électriques. La figure 4 représente une forme de réalisation dans laquelle une seule cellule photo-électrique sert à engendrer le signal secondaire sin( Bien entendu, le mode de réalisation de l'invention qui a été décrit ci-dessus a été donné à titre purement indicatif et non limitatif et il va de soi que de nombreuses modifications peuvent lui être apportées sans sortir pour cela du cadre de la 30 présente invention. 69 08088 5 2004813 RBUBUJIGMIOKS 1• Appareil pour la mesure des déplacements relatifs dans une direction prédéterminée, cet appareil étant caractérisé en ce qu'il comprend un premier obturateur percé d'une fente primaire, 5 un deuxième obturateur qui se déplace dans ladite direction à proximité du premier obturateur et qui est percé d'une série de fentes secondaires inclinées par rapport à la fente primaire, une source lumineuse modulée qui projette sa lumière à travers la fente primaire, un générateur de signal qui module la source lumineuse au 10 moyen d'un signal primaire, un récepteur de lumière adapté pour répondre à la lumière qui arrive à ladite source à travers différentes parties individuelles de la fente primaire en engendrant plusieurs signaux secondaires ayant des phases différentes et qui caractérisent respectivement lesdites parties de la fente primaire, 15 un dispositif qui combine les signaux secondaires en un signal de combinaison et un comparateur de phase qui répone au signal primaire et au signal de combinaison en mesurant la différence de phase entre les signaux, 2, Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce 20 que le signal primaire est un signal sinusoïdal* 3, Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que le récepteur de lumière comprend une série de cellules photoélectriques connectées à des lignes à retard présentant des retards différents. 25 4« Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce qu'un mélangeur ou changeur de fréquence est connecté par une entrée au générateur et par une autre entrée à un générateur supplémentaire tandis que sa sortie est connectée à la source lumineuse. 5. Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce 30 qu'il comprend un mélangeur ou changeur de fréquence supplémentaire dont une entrée est connectée audit générateur supplémentaire et une autre entrée au dispositif de combinaison, tandis que sa sortie est connectée au comparateur de phase. 6. Appareil suivant l'une quelconque des revendications 35 précédentes, caractérisé en ce que le récepteur de lumière comprend une série de conducteurs de lumière ayant des longueurs différentes et qui sont agencés pour conduire la lumière de ladite source lumineuse à une cellule photo-électrique commune.