Brevet FR2064046A1 — publié le 19710716

La présente invention concerne un dispositif destiné à déterminer l'influence de la réfraction sur une ligne de référence réalisée par voie optique, lequel dispositif comporte un émetteur émettant un faisceau lumineux à rayons parallèles coaxialement à la ligne de référence, un réflecteur, disposé à distance et essentiellement orthogonalement à la ligne de référence, qui réfléchit le faisceau lumineux et peut pivoter autour d'au moins un axe orthogonal à la ligne de référence, ainsi qu'un détecteur recueillant le faisceau lumineux. Comme on le sait, des milieux optiques dont l'indice de réfraction présente des gradients dus par exemple à des différences de température provoquent des déviations de rayons lumineux. lors de nombreuses mesures optiques ce phénomène est particulièrement gê- nant lorsqu'il s'agit de déterminer des lignes ou des plans de référence sur des distances relativement grandes à l'aide de rayons lumineux, comme par exemple dans le cas de nivellements et d'ligne mente. Jusqu'ici on a tenté d'éliminer l'influence de la réfraction en effectuant des mesures à partir du point central, d'un parcours rectiligne par exemple, et en partant, en ce faisant, de la supposition que la réfraction est la même des deux côtés ou en essayant de déterminer l'indice de réfraction d'un lieu déterminé étroitement délimité et en supposant que cet indice de réfraction est le même sur toute la distance de mesure. Ges suppositions ne sont cependant valables, notamment s'il s'agit de distances de mesure relativement grandes, que dans des conditions de réfraction les plus favorables. Cependant, il n'est pas toujours possible d'effectuer la mesure à partir du point central ni de oennattre l'indice de réfraction d'une manière suffisamment précise. En outre, des conditions de réfraction optimales n'existent que très rarement, de sorte que l'obtention d'une détermination et d'une compensation exactes était jusqu'ici plus ou moins laissée au hasard. La présente invention vise à éliminer les défauts indiques. C'est pourquoi l'objet de la présente invention consiste à réaliser un dispositif destiné à déterminer l'influence de la réfraction et qui permette une prise en considération exacte de la réfraction sur l'ensemble de la distance de mesure. Conformément à l'invention, ce but est atteint par le fait que le réflecteur présente au moins un plan de réflexion dans lequel le faisceau lumineux est réfléchi en fonction de l'angle d'incidenceDt que des moyens sont prévus à l'aide desquels on peut faire coïncider le plan de réflexion avec le plan dans lequel s'opère la réfraction et que le détecteur est disposé coaxialement à la ligne de référence. L'émetteur est avantageusement un laser. Afin de pouvoir faire co Tilcider le plan de réflexion avec le plan dans lequel agit la réfraction, le réflecteur peut dtre monté de manière à pouvoir pivoter autour de deux axes disposés orthogonalement l'un à l'autre qui sont soit tous les deux dirigés orthogonalement à la ligne de référence ou dont l'un seulement est dirigé orthogonalement à la ligne de référence et l'autre est, tout au moins au voisinage du réflecteur, dirigé parallèlement à cette ligne de référence. le réflecteur doit au moins dans un plan réfléchir un rayon incident en fonction de l'angle d'incidence; il peut par conséquent & re réalisé sous la fom me d'un prisme rectangulaire ou d'un miroir plan.Dans le cas d'un primse rec-tangulaire son bord supérieur doit,en vue de la détermination de la réfraction;,tre situé dans le plan de réfraction. le détecteur se compose avantageusement de plusieurs parties identiques disposées régulièrement les unes par rapport aux autres et par rapport à la ligne de référence. Il est constitué soit par des prismes permettant l'observation visuelle de la lumière reçue par le réflecteur, 'soit par des récepteurs photo-electrique. Il est également possible de combiner ces deux types de détecteurs, alliant ainsi une mesure objective à un contrôle subjectif. Un dispositif approprié à la détermination automatique est caractérisé en ce que un nombre pair de récepteurs photo-électriques est prévu, que chaque fois deux récepteurs photo-électriques diamétralement opposés sont montés en différence de phase, que les deux récepteurs photo-électriques sont chaque fois reliés à un émetteur d'impulsions qui est lui-même relié à un récepteur électrique situé au niveau du réflecteur et que le récepteur électrique est relié à des moyens qui font coincider le plan de réflexion avec le plan des réfraction et provoquent le pivotement du réflecteur dans ce plan. Afin que l'influence de la réfraction en fonction de l'éloignement puisse être déterminée immédiatement, un calculateur est relié au dispositif de pivotement du réflecteur. La présente invention sera élucidée ci-dessous à l'aide de quelques modes de réalisation donnés a titre d'exemples et illustrés schématiquement aux dessins annexés. La fig. 1 est une représentation schématique destinée à élucider le principe de l'invention. la fig. 2 montre l'extrémité de l'émetteur tournée vers le réflecteur. La fig. 3 montre un circuit de réglage entre'émetteur et réflecteur. La fig. 4 montre une forme de réalisation possible du réflecteur. La fig. 5 montre une autre forme de réalisation possible du réflecteur. La fig. 6 montre un couplage du réflecteur à un calculateur. La fig. 7 montre une forme de réalisation et une disposition du détecteur différant de celles de la fig. 3. Suivant la fig. 1, il se trouve sur une surface 1 essentielle ment orthogonale au plan du dessin, un émetteur 2 émettant un faisceau lumineux qui détermine une ligne de référence 3 (axe optique). L'émetteur 2 est monté de manière à pouvoir tourner autour d'un axe X1-X1 perpendiculaire à la surface 1 et situé dans le plan du dessin. A la surface de sortie de la lumière de l'émetteur 2 sont prévus des prismes triples (détecteurs 4. La ligne de référer ce droite 3 affecte par suite de l'influence de la réfraction une forme courbée 3' qui, en un point P de la surface 1 éloigné d'une distance s de l'émetteur 2, présente une déviation h par rapport à la ligne de référence 3. Dans le point P de la surface 1 se trouve un montant 5 qui porte à sa partie supérieure une fourchette b susceptible de pivoter autour d'un axe Y1-Yl parallèle a l'axe X1-Xl et, monté dans cette fourchette, un miroir plan 7 susceptible de pivoter autour d'un axe Z1-Z1 orthogonal à l'axe Y1-Yl. L'angle de pivotement du miroir plan 7 est a lorsque le rayon est réfléchi sur lul-même. Pour chaque éloignement s il y a un rapport entre a et h. Comme l'éloignement s est très faiole par rapport au rayon de courbure de la ligne de référence 3' qui peut être supposée circu laire, il existe pour la déviation h le rapport a.s 2 L'éloignement s est généralement connu d'une manière suffisamment précise, de sorte que l'angle de pivotement a peut être mesuré en faisant pivoter le miroir plan 7 jusqu'à ce que les prismes triples 4 s'éclairent pour un observateur se trouvant au niveau du montant 5, c'est-à-dire jusqu'à ce que la lumière réfléchie par le miroir plan 7 soit à son tour réfléchie par les prismes triples vers le miroir plan. le pivotement du miroir plan 7 peut Btre obtenu et mesuré au moyen d'une vis micrométrique généralement connue qui, pour des raisons de clarté, n'est pas représentée, La déviation h peut donc être déterminée à partir de l'angle de pivotement a en fonction de l'éloignement s. L'émetteur 2 de la fig. 2 possède une fenêtre (ouverture de sortie. de la lumière) 8 par laquelle des rayons lumineux parallèles 9 quittent l'émetteur 2, et quatre prismes triples 10, 11, 12 et 13 qui sont disposés dans le plan. de la fenêtre 8 au voisinage immédiat de celle-ci et symétriquement par rapport au faisceau lumineux 9. Lorsque le réflecteur 7 est orienté orthogonalement à la ligne de référence réelle 3', le faisceau lumineux 9 est réfléchi par le réflecteur 7 vers les prismes triples 10 à 13 et par ceux-ci vers le réflecteur 7, de sorte qu'un observateur se trouvant au niveau du réflecteur voit que les prismes s'éclairent uniformément. La fig. 3 montre l'extrémité de l'émetteur 2 tournée vers le réflecteur éloigné 7, qui présente une ouverture de sortie 14 pour le faisceau lumineux à rayons parallèles et dans le plan de laquelle les quatre prismes triples 10 à 13 ainsi que quatre récepteurs photo-électriques 15, 16, 17 et 18 sont disposés entre les prismes triples, symétriquement dans le plan de rotation. Alors que dans les fig. 1 et 2 les prismes triples servent de détecteurs destinés à la mesure, ils sont, suivant la fig. 3 utilisés pour le centrale visuel.Dans la fig. 3, les détecteurs proprement dits sont les récepteurs photo-électriques 15 à 18. Deux des récepteurs photo-électriques diamétralement opposés, à savoir respectivement 15, 17 et 16, 18, sont chaque fois connectés électriquement en différence de phase et reliés respectivement à un émetteur électrique 23 ou- 24 par l'intermédiaire de conducteurs électriques 19, 21 ou 20, 22. Suivant la fig. 3, le miroir 7 peut pivoter tant à l'intérieur de la fourchette 6 autour d'un axe Z3-Z3 qu'avec la fourchette autour d'un axe Y3-Y3 et est monté de manière à pouvoir coulisser parallèlement à l'-axe Y3-Y dans un palier 33. Un moteur électrique 27 connecté à un récepteur électrique 26 par un ble 25 sert à faire pivoter le miroir 7 autour de l'axe Z3-Z3. Un moteur 28 faisant pivoter la fourchette 6 autour de l'axe vertical Y3-Y3 est relié à un récepteur électrique 29 par un ble 30. Des appareils indicateurs 31 et 32 sont reliés respectivement aux récepteurs électriques 26 et 29 afin d'indiquer les signaux électriques reçus par le récepteur respectif ou le pivotement subi par le miroir 7. Un faisceau lumineux à rayons parallèles, non représenté, qui quitte l'ouverture de sortie 14 frappe le réflecteur 7 orienté à peu près orthogonalement par rapport au faisceau lumineux quittant l'émetteur 2. Par suite de phénomènes de réfraction le faisceau lumineux subit une incurvation qui a pour effet qu'il ne rencontre le miroir 7 pas d'une manière exactement orthogonale et n'est pas réfléchi sur lui-même par ce miroir. De ce fait,au moins un récepteur photo-électrique, par exemple 15, recevra plus de lumière du faisceau lumineux que les autres,de sorte que dans le montage en différence de-phase des deux récepteurs photo-électriques 15 et 17 il se produit un courant qui est transmis par l'émetteur 24 au récepteur 29.Le récepteur 29 met alors en action le moteur 28 qui fait pivoter le miroir 7 -autour de l'axe Z3-Z3 en fonction de la lumière reçue par le récepteur photo-électrique. Lorsque les deux récepteurs photo-électriques diamétralement opposés reçoivent la même quantité de lumière, le pivotement est réglé et lu sur l'appareil indicateur 31. le pivotement du miroir 7 autour de l'axe Y-Y3 s'effectue au besoin de la même façon. A la place d'émetteurs et de récepteurs électriques on peut également utiliser des conducteurs -électriques entre l'émetteur 2 et le miroir 7 pour transmettre l'impulsion de courant. la fig. 4 représente un réflecteur plan 35 muni d'un moyen de visée 34, disposé dans une monture 38 comportant deux touril lons 76 et 37 diamétralement opposés et monté de maniere à pouvoir pivoter avec les tourillons à 11 intérieur d'un cadre 39 autour d'un axe Z4-Z4. le cadre 39 est à son tour monté de manière à pouvoir pivoter au moyen de tourillons 40, 41 autour d'un axe Y4- Y4 dans un deuxième cadre 42 fixé sur un montant 43. les axes Z4-Z4 et Y4-Y4 sont disposés orthogonalement l'un à l'autre.Par pivotement autour des axes Y -Y et Z 4-Z4 le réflecteur 35 peut être placé dans une position telle qu'un faisceau provenant d'un émetteur soit réfléchi sur lui-mêe. A la fig. 5 un réflecteur 44 réalisé sous la forme d'un prisme rectangulaire se trouve dans une monture 45 qui, au moyen de deux tourillons diamétralement opposés 46 et 47 est montée dans un anneau cylindrique 48 de manière à pouvoir pivoter autour d'un axe Z5-Z5. L'anneau 48 est monté dans un bottier cylindrique 49 de manière à pouvoir tourner autour d'un axe U-U qui coZncide avec les axes géométriques de l'anneau 48 et du bottier 49 > Afin de pouvoir effectuer plus facilement les rotations une goupille 50 est fixée à l'anneau 48.Une tige 51, rigidement liée au bottier cylindrique 49, peut coulisser dans une douille de guidage 52 t entre bloquée au moyen d'une vis 53 agissant sensiblement orthogonalement à la tige 51. Par rotation de l'anneau 48 autour de l'axe U-U le prisme rectangulaire 44 est placé dans une position telle que son bord supérieur non visible soit orienté parallèlement au plan dans lequel agit la réfraction. Le pivotement du prisme 44 autour de l'axe Z 5-Z5 par rapport à une position normale, qui peut être in diquée par exemple par un niveau d'eau non représenté, permet de déterminer l'angle a conditionné par la réfraction La fig. 6 montre le réflecteur plan 7 monté an moyen de deux tourillons 54 et 55 dans une fourchette 6 de manière à pouvoir pivoter autour de l'axe Z6-Z6. Un secteur denté 57 en prise avec une vis micrométrique 56 est fixé au tourillon 55 par clavetage. La vis micrométrique 56 est montée dans des paliers 58 et 59 et fait effectuer un mouvement linéaire à l'écrou 60 pre tégé contre une rotation0 Une règle graduée 61 est fiée à lé- crou 60 et peut se déplacer par rapport à une règle graduée 62 fixe solidaire de l'appareillage. L'échelle de la règle graduée 61 représente la valeur inverse du logarithme de l'angle de pivotement a , alors que la règle graduée 62 représente le logarithme de 2 les deux regles graduées 60 et 61 cooperent à la façon d'une règle à calcul.Pour effectuer le calcul, le logarithme de l'angle de pivotement a est réglé par rotation de la vis micrométrique 56 au-dessus du logarithme 2 et au niveau d'un repère sur l'extrémi- té de l'échelle logarithmique de a , la déviation h est lue sur l'échelle logarithmique de 2 . Ainsi la fig. 6 fait apparattre qu'il est également possible de connecter au réflecteur et à son dispositif de pivotement un calculateur indiquant directement la déviation h. Dans ce cas, le caS culateur n'est subordonné ni à la disposition ni à la forme de réale sation représentées à la fig. 6. La fig. 7 représente l'extrémité de l'émetteur optique 2 tournée vers un réflecteur éloigné et dans laquelle quatre récepteurs photo-électriques 64, 65, 66 et 67 sont disposés, symétrique ment dans le plan de rotation au milieu de l'ouverture de sortie 63 et par laquelle les faisceaux lumineux déterminant la ligne de référence quittent l'émetteur à travers l'ouverture annulaire résiduelle. les récepteurs photo-électriques 64 à 67 sont fixés sur une plaque circulaire 68 maintenue au centre de l'ouverture de sortie 63 au moyen de supports 69, 70, 71 et 72. La connexion et le mode de fonctionnement des récepteurs photo-électriques 64 à 67 disposés symétriquement dans le plan de rotation sont analogues à ceux décrits pour la fig. 3. REVENDICATIONS 1 - Dispositif destiné à déterminer l'influence de la réfrac- t ion sur une ligne de référence réalisée par voie optique, lequel dispositif comporte un émetteur émettant un faisceau lumineux a rayons parallèles coaxialement à la ligne de référence, un réflecteur, disposé à distance et essentiellement orthogonalement à la li gne de référence, qui réfléchit le faisceau lumineux et peut pivoter autour d'au moins un axe orthogonal à la ligne de référence, ainsi qu'un détecteur recueillant le faisceau lumineux, caractérisé en ce que le réflecteur possède au moins un plan de réflexion dans lequel le faisceau lumineux est réfléchi en fonction de l'angle d'incidence, que des moyens sont prévus à l'aide desquels on fait coincider le plan de réflexion avec le plan dans lequel agit la réfraction et que le détecteur est-disposé coaxialement à la ligne de référence. 2 - Dispositif suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur est réalisé sous la forme d'un laser. î - Dispositif suivant l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le réflecteur peut pivoter autour de deux axes orthogonaux l'un à l'autre et à la ligne de référence. 4 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le réflecteur peut pivoter autour de deux axes, orthogonaux l'un à l'autre dont l'un coïncide, tout au moins au voisinage du réflecteur, avec la ligne de référence. 5 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le réflecteur est un prisme rectangulaire. 6 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 5, carac tersé en ce que le réflecteur est un miroir plan. 7 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 6, carac irise en ce que le détecteur est constitué par plusieurs parties t tiques disposées régulièrement les unes par rapport aux autres et par rapport à la ligne de référence. 8 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 a 7, caractérisé en ce que le détecteur comporte des prismes triples. 9 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce que le détecteur est constitué par des récepteurs photo-électriques. 10 - Dispositif suivant l'une des revendications 1 a 9, carac térisé en ce qu'un nombre pair de récepteurs photo-électriques est prévu, que des récepteurs diamétralement opposés sont chaque fois connectés en différence de phase, que deux récepteurs photo-électriques sont chaque fois reliés a un émetteur d'impulsions qui est à son tour relié à un récepteur électrique situé au niveau du réflecteur et que le récepteur électrique est relié en liaison dynamique à des moyens qui font coïncider le plan de réflexion avec le plan de réfraction et provoquent le basculement du réflecteur dans ce plan. il - Dispositif suivant l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce qu'un calculateur est coeanecté à des moyens destinés à faire pivoter.le réflecteur dans le plan de réfraction.