Brevet FR2020300A1 — publié le 19700710

La présente invention a pour objet un procédé et un dispositif de mesure des distances, particulièrement intétessants pour la détermination du niveau de la charge dans une enceinte et notamment dans un haut fourneau. On connaît depuis longtemps diverses méthodes optiques pour mesurer des distances, came par exemple, celle existant entre deux points ou entre un point et une surface déterminée. Ces méthodes utilisent le plus soient une source lumineuse obtenue par exemple par combustion d'un matériau quelconque, par chauffage, électrique ou non, arc électrique, etc., source qui envoie un faisceau lumineux sur l'objet dont on veut mesurer la distance. Par ailleurs, ces méthodes sont en général suffisanites pour fournir des résultats ne nécessitant pas une très grande pré@ision. Toutefois, comme elle sont sensibles à nombre d'éléments perturbateurs, tels que l'absorption des rayons au cours de leur trajet, les variations de température ambiante sur l@ dit trajet, distance trop grande, présence de poussières, diffusion du faisceau, faible coefficient de réflexion, largeur de la bande émise, ouverture trop grande du faisceau, dimensions de la tache lumineuse sur l'objet éclairé, interférence avec d'autres faisceaux, etc., il s'enouit que ces méthodes de mesure sont en général impropres ou même impossibles à empleyer lorsque la pr@- cision nécessaire est très élevée. Pour effectuer la mesure de la @istance existant -trc- un objet et un point déterminé, au moyen d'un télémètre comportant un émetteur et un récepteur de rayonnement électromagnétique, il a été pre@@risé d'utiliser un pr@ dé caractérisé en ce que l'on fait coïncider le centre d'émission avec ledit point, en ce qu'à partir de l'énetteur @@ dirige sur ledit objet un rayonnement électromagnétique dont l'orientation est connue par rapport à l'axe du télémètre, cet axe étant constitné par la droite relia@t les centres d'é@is- sion et de réception, en ce que l'on mesure l'augle fait entre ledit axe du télémètre et la direction de réception du ray@nnement renvoyé par l'objet ver le récepteur, ce qui permet de connaître ladite distance au moyen d'une formule classique de triangulation. Le rayonnement électromagnétique utilisé peut être du type Laser, c'està-dire un rayonnement très directif et très intense, ce qui permet d'assurer une focalisation très poussée, une tache d'impact très petite donc une mesure plus précise des angles de visse. Le dispositif de télémétrie optique généralement utilisé pour mesurer la distance d'un objet à un point d'observation se compose d'un émetteur du type lampe à filament situé audit point d'observation, d'un récepteur situé en un autre point d'observation distant du premier d'une longueur constante, ledit récepteur étant du genre comportant au moins une cellule photo-électrique d'observation d'image, et d'un appareil permettant de calculer la distance cherchée, à partir de la position de la cellule au moment de la mesure. On sait par ailleurs que, si l'objet visé, ou son environnement, émet @@ rayonnement susceptible d'être enregistré par le récepteur au même titre que le rayonnement provenant de l'émetteur et donc de fournir un signal intempestif, la qualité de la réception en est encore affectée. Pour remédier à ce dernier inconvénient, on a déjà préconisé d'utiliser un @@etteur produisant un rayonnement ayant une caractéristique qui permette de le distinguer à coup sûr de tont sutre rayonnement. A cet effet, il suffit de moduler le rayonnement de l'énetteur d'une façon appropriée, par exemple en ecemitant périediquement la source de rayonnement de l'émetteur. Cette oc cu@@ation périodique est généralement assurée au moyen d'une pièce mobile, t@@le que par exemple une roue dentée ou un cylindre muni de fentes, les lar- geurs des zones pleines et des zones vides étant égales entre elles individuellement.On fait tourner cette pièce mobile à vitesse sensiblement constante e@ la plaçant de façon à occulter et découvrir périodiquement la source lumi n@use. La nécessité de la présence d'un modulateur mobile constitue toutefois un in@@@vé@@ent réduisant l'intérét de ce procédé. @@@ argnenter la qualité de la réception, en l'abs@nce de toute pièce @@bile, il a été préc@aisé d'utiliser un dispositif de télémétrie optique à r@@@p@our du genre comportant an @@ins une ceilule photo-électrique d'obser @@ en d'image, caractérisé en ce que l'é@@teur est constitué par un laser a@@@cié à un appareil optique ayant la propriété de moduler, suivant une loi détermirée, tout rayonnement qui le traverse. Par ailleurs, l'appareil optique de modulation assecié au laser é@etteur est de préférence constitué d'au moins un eristal électre-optique. On @onstate cependant qu'il n'est pas soujours aise de détecter convens @@@@@@@ @@ @@@nt d'im@@@t du rayo@nement @@@@tromagnétique sur l'objet visé. @@ effet qu@@d la milien à travers lequel se propage l'onde électro-magnétique est a@sorbant, par exemple parce qu'il est chargé de poussières dans le milleu @aze@@ ou de matière quelconque en suspension, il peut en résulter qu'à pr@@@@@@@ de l'émetteur le rayonnement retr@@s@is par le nuage de poussières traversé par le faisceau laser soit plus i@tense que celui provenant du point d'impact lui-même. Dans de telles circonstances, il devient difficile, voire impossible, de distinguer le premier rayonnement de l'autre. La pr@sente invention a pour objet un pr@cédé permettant de remédier à cet i@@@nénient, c'est-à-dire @@assurer une détection satisfaisante du point d' i@pact @@ rayonnement élec@ro@agn@tique sur la cible, quel que soit le milieu traversé. Dans la présente description, on définit comme "base du télémètre" constitué par l'émetteur et le récepteur faisant partie du dispositif de l'invention, le segment de droite partant d'un point déterminé de l'axe optique du récep- teur, et de préférence de son centre optique, perpendiculairement à l'axe optique de l'emetteur., et limité à son point d'intersection avec ce dernier axe. Le procédé, objet de la présente invention, comportant un émetteur et un récepteur de rayonnement électromagnétique, est essentiellement caractérisé en ce que l'on dirige un rayonnement électromagnétique sur la cible dont on veut mesurer la distance par rapport à un point de repère déterminé de l'axe d'émis- sion, en ce que l'on fait tourner le récepteur autour d'un axe passant de pré- férence par son centre optique et perpendiculaire au plan formé par la base du' télémètre avec l'ase du faisceau émetteur, ladite rotation se faisant à partir d'une position de départ pour laquelle aucun rayonnement en provenance de l' émetteur ne peut etre détecté jusqu'au moment où l'on perçoit le point d'impact sur la cible, en ce que l'on mesure l'angle compris entre l'axe de réception du rayonnement du point d'impact et de l'axe de réception de référence ou de depart, et en ce que l'on convertit cette mesure d'angle en mesure de distance d'après un étalonnage approprié. I1 y a lieu de noter que pour mettre en oeuvre le procédé décrit ci-dessus, on peut utiliser un récepteur de très grande sensibilité, par exemple un r'ecepteur constitué de diode; PIN, un photomultiplicateur, etc. Il va de soi, que la mesure de distance cherchée pourrait etre prise par rapport à tout point dont la position est bien déterminée relativement à la base du te'l'emetre. Une telle mesure rentre cependant dans le cadre de la présente invention. La seule différence avec la modalité décrite réside dans le fait que le calcul trigenométrique nécessaire pour obtenir la valeur numérique de la distance cherchée serait un peu plus compliqué. La présente invention a également pour objet un dispositif permettant la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Ce dispositif est essentiellement caractérisé en ce qu'il comporte a) un émetteur de rayonnement électromagnétique, de préférence du type laser b) un récepteur approprié au rayonnement émis par l'émetteur repris sous a, ces deux appareils étant disposés l'un par rapport à l'autre, de telle façon que l'émetteur soit fixe par rapport à la base et que l'axe optique du récepteur et celui de l'émetteur soient toujours dans un meme plan ; l'angle fait par l'axe optique de ltémetteur avec la base restant de préférence constant, et égal à 900 ; c) des moyens pour faire tourner simultanément le récepteur et l'émetteur autour de l'axe constitué par la base ; d) des moyens pour mesurer l'angle formé par l'axe optique du récepteur avec une direction origine déterminée. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront à la lecture de la description ci-dessous et de la figure jointe donnée à titre non limitatif. Sur cette figure, un équipage mobile comporte un émetteur laser 1 et un récepteur 2 sensible aux radiations électromagnétiques. La base 5 du télémètre est constitués par le segment 3, 4, le point 4 étant le centre optique du récepteur et 5 étant perpendiculaire sur l'axe optique 6 de l'émetteur. L'ensemble de l'équipage peut tourner autour de cet axe 5 perpendiculaire à l'axe optique 6 de ltémetteur, tandis que dans le plan constitué par l'axe 5 et l'axe optique -6 l'ensemble du récepteur et de son axe optique 7 peuvent tourner autour du point i. Le dispositif fonctionne comme suit : pour une position donnée de l'émet- teur 1, son axe optique 6 rencontre la charge 8 en un point 9. En cet endroit, le faisceau laser incident est réfléchi et diffusé dans toutes les directions, et notamment dans celle du centre optique 4. On fait tourner le récepteur 2 åusqu'à ce que son axe 7 coincide avec la droite joignant la cible 9 à k, et on mesure l'angle 10 compris entre 7 et une direction origine 11 perpendiculaire sur 5. I1 s'ensuit que la distance d à laquelle la cible 9 se trouve du point 3 de l'émetteur I est donnée par la formule d - (distance 3.4.) x tangente de l'angle 10. La mesure de la distance cherchée est effectuée une fois que le récepteur a été sensibilisé par un signal lumineux suffisant, tel que celui venant de la cible. Afin déviter au récepteur de pouvoir etre atteint par des signaux lumi- neux provenant d'une réfraction de la lumière laser, par exemple par les pous sièges rencontrées sur le trajet 6, le balayage de la charge 8 au moyen de l'axe 7 est commencé en partant de la direction origine 11. De cette façon, on est certain que lBaxe 7 rencontrera la cible 9 avant de rencontrer l'axe 6; la me sure d'angle effectuée se rapportera donc bien à la cible et non R un émetteur parasite quelconque. Il est intéressand d'optimaliser les caractéristiques d'émission et de réception de l'ensemble des appareils utilisés, ctest-a-dire de choisir la puis- sance de L'émetteur et la sensibilité du récepteur, de telle façon que le rayon- nement pénètre dans un milieu donné, soit renvoyé par le point d'impact et se propage ensuite dans ledit milieu jusqu'au récepteur, dans des conditions de très grande simplicité et de prix minimum. I1 est également intéressant d'utili- ser comme organe récepteur une cellule photosensible munie de ses circuits pré amplificateurs intégrés. Dans le but de pouvoir obtenir la formation de l'image du point d'impact sur n'importe quel point de la surface sensible du récepteur, il est avantageux, suivant l'invention, d'utiliser devant ledit récepteur un appareil optique de très faible ouverture angulaire, cet appareil optique pouvant etre constitué d'un objectif, une lentille, un miroir, un diaphragme, un filtre, un prisme ou d'une combinaison de deux on plusieurs de ces éléments. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés, elle est susceptible de nombreuses autres variantes, accessibles à l'homme de l'art, suivant les applications envisagées, sans que l'on s'écarte de l'esprit de l'invention. Ainsi, dans le cadre de la présente invention, le rayonnement électromagnétique peut également étre modulé au moyen d'un appareil approprié. REVENDICATIONS 1) Procédé de mesure des distances an moyen d'un télémètre comportant @@ émetteur et un récepteur de rayonnement électromagnétique, caractérisé en ce que l'on dirige un rayonnement électromagnétique sur la cible dont on veur mesurer la distance par rapport à un point de repère déterminé de l'axe d'émis@ sion, en ce que l'on fait tourner le récepteur autour d'un axe passant de préférence par son centre optique et perpendiculaire au plan formé par la base du télémètre avec l'axe du faisceau émetteur, ladite rotation se faisant à partir d'@ne position de départ pour laquelle aucun rayonnement en provenance de l' émetteur @e pout être détecté jusqu'au @@@ent où l'on perçoit le point d'impact s@@ la @@ble, en ce que l'@n mesure l'angle compris entre l'axe de réception d@ rayonn@@@ent du point d'impact et un axe de réception de référence, et en ce q@@ l'on transforme cette mesure d'angle en mesure de distance d'après un éta l@@nage approprié. 2) Frocédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le but d'@@tenir la formation de l'image du point d'impact sur n'importe quel point de la surface sensible du récepteur, on utilise devant ledit récepteur un appa r@@@ optique de très faible ouverture angulaire, cet appareil optique pouvant ê@@@ constitué d'au moins un élément tel que objectif, lentille, miroir, dia p@@@gne, filtre, prisme. 3) Dispesitif pour la mise en ceuvre des procédés décrits dans les reven di@@tion@ 1 @u 2, caractérisé en ce qu'il comporte : a) @@ @@@@teur de rayonnement électromagnétique, de préférence du type laser ; b) @n recepteur approprié au rayonnement émis par l'émetteur repris sous a, ces deux appareils étant disposés l'un par rapport à l'autre, de telle façon que @'@m@tt@ur soit fizs par rapport à la base et que l'axe optique du récepteur @@ @@@@@ de @@émetteur @@@ent to@@@ours dans un même plan, l'angle fait par @@@@ @p@ique de l'@@@t@@ur avec la base restant de préférence constant et @gal @@@@@@ c) @@@ @@@ens pour faire tourner simultan@@ent le récepteur et l'émetteur au @@@@ @@ l'axe @@@st@tué par la base ; ; d) @es @oyan@ pour mesurer l'angle formé par l'axe optique du récepteur avec @@e direction origine déterminée.