Brevet FR2081184A1 — publié le 19711203

• La présente invention concerne un dispositif optique permettant de mesurer simultanément et avec une grande précision la distance d et la vitesse radiale v d'un mobile par rapport à un repère fixe. La présente invention a pour objet un dispositif de mesure simultanée de la 5 distance d et de la vitesse v d'un mobile caractérisé par le fait qu'il comporte une source laser susceptible d'émettre au moins une impulsion lumineuse, de fréquence V.j eri direction dudit mobile, un système détecteur d'une impulsion lumineuse de fréquence due à la réflexion de ladite impulsion de fréquence sur ledit mobile, étant proportionnel à v, un système de comptage du temps Ax sépa- 10 rant l'instant d'émission de ladite impulsion de fréquence et l'instant de détection de ladite impulsion de fréquence v^, d étant proportionnelle à Ax, une source laser susceptible d'émettre un faisceau lumineux de référence de fréquence v, des moyens optiques pour dévier dans une direction commune une fraction de ladite impulsion de fréquence , une fraction de ladite impulsion de fréquence 15 V2, une fraction dudit faisceau de fréquence v, des moyens de détection disposés dans ladite direction et susceptibles d'émettre des signaux de fréquences v^~V et V 2~ V, la sortie desdits moyens de détection étant reliée à l'entrée d'un dispositif d'analyse spectrale des signaux de fréquence V^-V et , composé d'un transducteur relié à une cuve acousto-optique disposée sur le trajet d'un faisceau lumi-20 neux. Les autres caractéristiques et des avantages de l'invention apparaitront lors de la description qui va suivre avec référence aux figures annexées données à titre illustratif mais nullement limitatif et parmi lesquelles : - la figure 1 représente schématiquement une vue d'ensemble d'un dispositif 25 selon l'invention. - la figure 2 représente schématiquement une vue partielle d'une variante du dispositif selon l'invention. Sur la figure 1 on a représenté schématiquement une source 1, de préférence un générateur laser émettant une impulsion lumineuse de fréquence dans une 30 direction 2 vers un mobile 3. A titre d'exemple cette impulsion peut avoir une durée de l'ordre de quelques nanosecondes. Par suite de l'effet Ooppler, l'impulsion éventuellement réfléchie par le mobile 3 est caractérisée par sa fréquence v„ telle que V - v = 2 v. —, c étant la vitesse de la lumière et v étant la c. \ IC vitesse radiale du mobile. 35 |_B dispositif selon l'invention comporte en outre un système détecteur 100 de l'impulsion réfléchie par le mobile 3, un système de comptage 200 de l'intervalle de temps Ax séparant l'émission de l'impulsion de fréquence et la réception par le détecteur 100 de l'impulsion de fréquence Le dispositif selon l'invention comprend également une source de référence 40 4, émettant un faisceau lumineux 14, dont la fréquence v est stabilisée pendant 70 09288 2 2081184 au moins la durée maximum de i'intervalle Ax : cette source est de préférence un générateur laser. Des moyens optiques 15, 1B, 17, comme par exemple des lames semitransparentes, dévient respectivement dans une direction commune B, une fraction de l'impulsion 5 incidente de fréquence une fraction de l'impulsion de fréquence v2 réfléchie par le mobile^3, et une fraction du faisceau 14 de fréquence v. Un système de détection 5 disposé sur le trajet 6 est susceptible d'émettre à sa sortie un signal de fréquence - v suivi d'un signal de fréquence v2 ~v ■ La sortie du système 5 est reliée à un système d'analyse spectrale composé d'un 10 transducteur 10 relié à la sortie du système de détection 5 et à l'entrée d'une cuve acousto-optique 9 remplie par exemple d'un liquide ou d'un cristal, tel que le flolybdate de Plomb. La cuve 9,. transparente à la lumière, est disposée dans un faisceau lumineux 11, "pouvant être issu d'un générateur laser, et suivie d'un système optique, tel qu'une lentille 12 au foyer de laquelle peut être placé un 15 écran 13 ou la surface sensible d'un détecteur de lumière. Le faisceau 11 peut être parallèle et disposé perpendiculairement à -la cuve 9. Il est de préférence incliné d'un angle par rapport à la cuve 9, cf) étant Xf ' sensiblement égal au demi angle de Bragg.. défini par = où \ est la longueur d'onde du faisceau 11, V la vitesse de propagation dans la cuve de l'onde ultraso-20 nore transmise par le transducteur 10, et f la fréquence moyenne du signai issu du détecteur 5. Le dispositif selon l'invention fonctionne de la façon suivante A l'état initial, aucun - signal n'est transmis au transducteur et le faisceau . 11 est.focalisé en 19 au point zéro de l'écran 13. 25 Une impulsion lumineuse est émise par -la source 1 en direction du mobile 3 en mouvement. La cuve reçoit un signal de fréquence V qui défléchit le faisceau 11 ' et le transforme en un- faisceau 17 focalisé en A sur l'écran 13. L'impact lumineux sera visible en;A pendant-toute la durée de la propagation du signal de 30 fréquence v^-v dans la cuve, par exemple quelques dizaines de-microsecondes. Le mobile 3 réfléchit l'impulsion incidente. Une partie de cette impulsion est reçue par le détecteur 100, suivi du système de comptage.200 qui effectue la mesure de la distance d du mobile 3. Une autre partie de l'impulsion de fréquence V2 est détectée par le détecteur 35 5 ; la cuve 9 défléchit alors le faisceau 11 et l'on obtient un faisceau 18 focalisé en B sur l'écran 13. La distance séparant les impacts A et B est directement- proportionnelle à l'écart de fréquence \>2~ v^, c'est-à-dire à la vitesse radiale v de la cible : en effet v - V- = 2 V. x —* e étant la vitesse de la lumière, £. T V C 40 La dispositif selon l'invention permet donc de mesurer en une seule impulsion 70 09288 3 2081184 ia position et la vitesse d'un mobile. Les positions relatives des points A et B par rapport au point 0 permettent de définir sans ambiguité le sens du mouvement de la cible par rapport au dispositif de mesure, si l'on choisit v et de façon que | - V | soit toujours supérieur à | - v2j -5 La mise en oeuvre de lasers émettant des faisceaux de fréquences très élevées permet la détermination des écarts avec grande précision, car ces écarts sont proportionnels à la fréquence . Selon une variante de dispositif selon l'invention, le générateur d'impulsions lumineuses 1 peut être constitué par une fraction du faisceau 14 émis par le laser continu 4 sur le trajet duquel est disposé un modulateur de lumière, comme par exemple une cellule électro-optique. La figure 2 représente une autre variante de dispositif selon l'invention, utilisée dans le cas où la bande passante du transducteur 10 limite la bande de fréquences Af des signaux issus du détecteur 5, c'est-à-dire l'intervalle des vitesses v mesurables. La sortie du détecteur 5 peut être reliée à plusieurs transducteurs par exemple 20, 21, 22 ayant respectivement pour bandes passantes A f , Af2> telles que Af = A-F^ + Af^ + Af^, et centrées respectivement sur les fréquences f^, f , f^. Des cuves acousto-optiques disposées dans le faisceau 11 sont respectivement excitées par les transducteurs 20, 21, 22 et inclinées sur ce faisceau d'un angle ^, 2, $3 sont de préférence les demi-angles de Bragg relatifs aux fréquences f^, f2, f^. A titre d'exemple, seul un signal dont la fréquence est comprise dans la bande Af introduit une déviation du faisceau 11 par la cuve 23. Le faisceau ne " emergeant de la cuve 23 subit une translation mais aucune déviation au passage des cuves 24 et 25. Le nombre des transducteurs reliés au système détecteur 5 peut être quelconque. Bien entendu, l'invention n'est nullement limitée au mode d'exécution décrit on et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de 1/invention, apporter des modifications de détail, changer certains moyens par des moyens équivalents. 35 40 70 09288 4 2081184 REVENDICATIONS 1/- Dispositif de mesure simultanée de la distance d et de la vitesse radiale v d'un mobile, caractérisé par le. fait qu'il comporte, une source laser susceptible d'émettre au moins une impulsion lumineuse de fréquence V en direction dudit mobile, un système détecteur d'une impulsion lumineuse de fréquence due à la réflexion de ladite impulsion de fréquence sur ledit mobile, v2 étant proportionnel à v, un système de comptage du temps ./Vt séparant l'instant d'émission de ladite impulsion de fréquence et l'instant def* détection de ladite impulsion de fréquence \>2, d étant proportionnelle a At, une sourc'ë laser Susceptible d'émettre un- faisceau lumineux de référence de fréquence v, des moyens optiques pour dévier dans une direction commune une fraction de ladite impulsion de fréquence , une fraction de ladite- impulsion de fréquence \>2, une fraction du faisceau de fréquence v, des moyens de détection disposés dans ladite direction et susceptibles d'émettre des signaux de fréquence v - v .et v -v, la sortie desdits moyens de 15' - détection étant reliée à l'entrée d'un dispositif d'analyse spectrale des signaux de fréquence V et v2~v, composé d'un transducteur relié à une cuve acousto-optique disposée sur le trajet d'un faisceau lumineux. 2/- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ladite source susceptible d'émettre au moins une impulsion lumineuse est constituée par une 20 fraction dudit faisceau de fréquence- v sur le trajet de laquelle est disposé un modulateur de lumière. 3/- Dispositif selon , la revendication'; 1, caractérisé par le fait que ledit faisceau lumineux éclairant ladite cuve est incliné par rapport à celle-ci d'un angle égal au demi-angle de Bragg relatif à la fréquence moyenne transmise par ledit 25 transducteur. . 4/- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait qu'il comporte une pluralité de transducteurs de bandes passantes distinctes, reliés chacun à une cuve acousto-optique disposée sur le trajet dudit faisceau, chacune desdites cuves étant inclinée sur ledit faisceau lumineux d'un angle égal au demi-angle 30 de Bragg relatif à la fréquence centrale de la bande passante du transducteur qui lui est associé. 35 40