Brevet FR2059949A1 — publié le 19710611

La présente invention concerne l'étude d'un faisceau d'ondes sonores renvoyé par un objet recevant un faisceau cohérent de telles ondes. On entend ici par ondes sonores non seulement celles qui sont susceptibles d'être entendues par l'oreille humaine, mais également toutes celles qui sont de nature mécanique, et en 5 particulier les ultrasons. Quoique les fréquences de telles ondes sont considérablement inférieures à celles de la lumière, l'on parle, par analogie avec l'optique, de "l'éclairage" d'un objet par un faisceau d'ultrasons émis par une source par exemple, de même que l'on parle de rayonnements ultrasonores réfléchis, diffusés, ••• etc• 0 On sait aussi qu'il est possible de connaître la forme d'un objet en l'éclai rant par lin faisceau sonore cohérent, ultrasonore en général, et en enregistrant un hologramme du rayonnement renvoyé par cet objet. Un tel hologramme, de même qu'un hologramme optique, est constitué par la figuré d'interférence créée sur une surface de détection par le faisceau renvoyé par l'objet éclairé, et par un 5_ faisceau de référence, cohérent et de même fréquence que le faisceau d'éclairage. Il peut être enregistré par une matrice de détecteurs sensibles aux ondes arrivant sur la surface de détection. Ces détecteurs sont généralement constitués par des transducteurs tels que des quartz piézo-électriques aptes à délivrer à tout instant un signal électrique proportionnel à la pression sonore qu'ils subissent. On D sait aussi, à partir d'une telle matrice de transducteurs, enregistrer un hologramme sonore sans utiliser de faisceau de référence. Pour cela on combine au signal de sortie de chacun des transducteurs, par des moyens électroniques convenables, un signal électrique synchronisé sur la source éclairant l'objet. Ce signal additionnel, ou de référence, est égal au signal de sortie que fournirait le transducteur 5 à la sortie duquel il est appliqué si ce transducteur recevait un faisceau de référence réel. Les dispositifs utilisant ces principes ne permettent plus l'enregistrement d'hologrammes de bonne qualité lorsque des hétérogénéités du milieu, l'eau de mer en général, introduisent des variations de phase importantes entre les signaux reçus 3 par les divers transducteurs. On sait par ailleurs que lorsque l'objet éclairé se déplace par rapport à la matrice de transducteurs il convient, pour éviter de brouiller l'hologramme, d'éclairer l'objet par impulsions de courte durée (impulsions d'émission), et de même, de n'enregistrer les ondes renvoyées par cet objet que pendant un intervalle ? de durée convenable, (défini par une impulsion de réception). Cette situation est la plus fréquente en pratique si, par exemple, l'enregistrement d'hologramme se fait à bord d'un navire en déplacement, les objets éventuellement détectés étant immobiles dans l'eau. L'intervalle de temps séparant 1'impulsion d'éclairement de l'impulsion de réception définit alors la distance à laquelle se trouvent les ob-3 jets dont des hologrammes sont susceptibles d'être enregistrés. 69 20015 2 2059949 Un autre objet de la présente invention est de permettre la formation d'hologrammes sonores aussi peu affectés que possible par les hétérogénéités de vitesse de propagation des ondes sonores dans le milieu traversé. Le dispositif pour former un hologramme sonore selon la présente invention, 5 dispositif comportant une source sonore émettant, durant des impulsions d'émission, un faisceau d'éclairage cohérent en direction de l'objet étudié, une matrice de transducteurs recevant les ondes sonores renvoyées par cet objet, un programmeur, apte à fournir une impulsion de réception un laps de temps convenable après chaque impulsion d'émission, des moyens d'ouvertures aptes à transmettre 10 chacun le signal de sortie d'un desdits transducteurs et commandés par ledit programmeur de manière à réaliser cette transmission pendant la durée desdites impulsions de réception, des moyens de combinaison recevant chacun le signal de sortie ainsi transmis par l'un desdits moyens d'ouverture et le combinant avec un signal de référence, l'hologramme étant constitué par l'ensemble des signaux de 15 sortie de ces moyens de combinaison, dispositif caractérisé, les moyens d'ouverture précités étant appelés moyens d'ouverture principaux, en ce qu'il comporte en outre des moyens d'ouverture auxiliaires aptes à transmettre le signal de sortie des transducteurs précités, ces moyens d'ouverture auxiliaires étant commandés par ledit programmeur, de manière à réaliser cette transmission pendant la 20 durée d'impulsions de pré-réception, ces dernières étant fournies par ce programmeur et précédant lesdites impulsions de réception, des mémoires de phase recevant chacune le signal ainsi transmis par l'un 'desdits moyens d'ouverture auxiliaires et étant aptes à conserver en mémoire la phase de ce signal, ces mémoires de phase fournissant aux moyens de combinaison précités les -signaux de référence prêci-25 tés. A l'aide de la figure unique ci-jointe, on va décrire ci-après un exemple de mise en oeuvre de la présente invention. Cet exemple est donné à titre purement "illustratif et nullement limitatif. Il est relatif à la détection d'objets immobiles immergés dans l'eau à partir d'un navire. 30 La figure représente le schéma par blocs du dispositif selon l'invention à bord du navire. On voit sur la figure un programmeur 2 définissant les périodes de fonctionnement des divers éléments du dispositif. Ce programmeur est muni d'un bouton de réglage 3. Il commande tout d'abord par l'envoi d'impulsions d'émission, une sour-35 ce ultrasonore 4 qui émet des ondes ultrasortores de fréquence 250 kHz en direction de l'objet 10 à étudier. On voit également sur la figure des transducteurs tels que 100 et 200 aptes à transformer en signal électrique les ondes ultrasonores qui leur parviennent. Ces transducteurs peuvent être par exemple du type piézoélectrique, leurs dimensions individuelles sont de l'ordre de la moitié de 40 la longueur des ondes ultrasonores. Ils forment une matrice rectangulaire compor- 69 20015 3 2059949 tant 100 transducteurs sur chacun des côtés du rectangle, c'est-â-dire au total 10 000 transducteurs, dont seulement deux sont représentés sur la ££gare„ Chacun de ces transducteurs est suivi d'une chaîne d'organes électroniques qui est composée de la même manière pour tous. C'est pourquoi elle va être main-5 tenant décrite par référence au transducteur 100 seulement. Le signal de sortie de ce transducteur 100 est appliqué à deux portes électroniques du type ET 102 et 104, qui peuvent être ouvertes à partir de deux voies de sortie distinctes du programmeur 2. Le signal de sortie de la porte 104 est appliqué a un oscillateur 106. Cet oscillateur est apte à jouer le rôle de mémoire de phase, c'est-à-dire J0 que lorsqu'il reçoit un signal alternatif dont la fréquence corresponde à sa fréquence propre qui est égale dans l'exemple décrit à celle des ondes émises par la source 4 mais pourrait en être un multiple, par exemple, il se met à osciller en synchronisme avec ce signal alternatif. Lorsque le signal d'entrée a disparu 11 continue à osciller. Il comporte un circuit résonnant à coefficient de surten-]5 sion élevé de telle sorte que la fréquence de son oscillation est prédéterminée avec précision. Ce qui revient à dire qu'il garde en mémoire la phase du signal d'entrée qui lui a été appliqué. Le signal de sortie de la porte 102 constitue le signal d'entrée d'un détecteur synchrone 108 qui reçoit par ailleurs le signal de sortie de l'oscillateur 106 jouant le rôle de porteuse. Le signal de sortie du 20 détecteur synchrone 108 est donc proportionnel à l'amplitude du signal de sortie de la porte 102 et au cosinus par exemple de l'angle de déphasage entre ce dernier signal de sortie et le signal de sortie de l'oscillateur 106. Le signal de sortie du détecteur 108 est enregistré dans une mémoire tampon 110 commandée par ailleurs à partir de l'une des bornes de sortie de l'analyseur 6 qui comporte autant de 25 telles bornes qu'il y a de transducteurs tel que 100 et de mémoires tampon telle que 110. Lorsque la lecture de la mémoire tampon 110 est commandée par l'analyseur 6, le signal enregistré dans cette mémoire est effacé et enregistré dans un .enregistreur 8 commun qui peut être de types très divers et qui n'a pas de rapport avec la présente invention. Il peut comporter par exemple un tube à balayage élec-30 tronique dans lequel la transparence d'une plaque est rendue proportionnelle au signal enregistré dans la mémoire tampon 110 en un point correspondant sur cette plaque à la position du transducteur 100 dans la matrice de transducteurs. Il est connu que l'éclairage d'une telle plaque à l'aide d'un faisceau de lumière cohérente convenable permet, à condition que la transparence de cette 35 plaque représente un hologramme, de produire une image de l'objet ayant donné naissance à cet hologramme. On va maintenant décrire le fonctionnement de ce dispositif : ce fonctionnement est périodique et il est commandé par le programmeur 2. Celui-ci délivre tout d'abord une impulsion d'émission dont la durée est de l'ordre de 100 Ug. Cette 40 impulsion d'émission est appliquée à la source 4, et elle provoque l'éclairage de 69 20015 4 2059949 l'objet 10 par des ondes ultrasonores issues de cette source. Les ondes renvoyées par l'objet 10 sont reçues par les transducteurs tel que 100 après un temps de parcours dans l'eau dépendant de la distance dans laquelle se trouve l'objet 10 par rapport au navire. 5 C'est pourquoi le programmeur 2 délivre une impulsion de réception de durée inférieure à 1 ms au bout d'un laps de temps réglable de 10 à 120 ms à l'aide du .bouton 3 et dépendant de la distance à laquelle on souhaite détecter des objets tel que 10. Seuls les objets situés à cette distance sont.donc détectés. L'écart entre la distance maximale et la distance minimale â laquelle un objet ]o peut être détecté pour un réglage donné du programmeur 2, c'est-à-dire pour un laps de temps donné entre l'impulsion d'émission et l'impulsion de réception, est proportionnel à la durée de l'impulsion de réception. Cette durée ne peut être rendue aussi grande qu'on le souhaiterait en raison du déplacement relatif de l'objet par rapport au navire. Cette impulsion de réception provoque l'ouverture 15 de la porte 102 et la transmission du signal de sortie du transducteur 100 vers le détecteur synchrone 108. Selon la présente invention le programmeur 2 délivre juste avant l'impulsion de réception une impulsion de pré-réception dont la durée est par exemple égale à celle de l'impulsion de réception et qui est appliquée aux portes telles que 104. 20 L'oscillateur 106 reçoit donc le signal de sortie du transducteur 100 juste avant que ce transducteur ne reçoive les ondes ultrasonores renvoyées par l'objet 10. L'oscillateur 106 est donc synchronisé sur les ondes ultrasonores renvoyées par la tranche d'eau voisine de l'objet 10 et situé entre cet objet et le navire. On sait en effet que l'eau des océans par exemple, présente des hétérogénéités 25 susceptibles de provoquer la rétro-diffusion des ondes ultrasonores. Evidemment la puissance ainsi rétrodiffusée est beaucoup plus faible que celle qui peut être renvoyée par un objet solide de grandes dimensions par rapport .à la longueur d'onde ultrasonore. Mais cette puissance est tout de même suffisante pour permettre la-synchronisation de l'oscillateur 106. 30 Pendant la durée de l'impulsion de réception c'est le signal de sortie de l'oscillateur 106 qui joue le rôle de signal de référence pour la formation de l'hologramme enregistré sur les mémoires tampon telles que 110. Le signal de référence subit donc les mêmes variations de phase, provoquées par les variations de vitesse de propagation dans l'eau, que le signal provenant de l'objet. L'influen-35 ce de ces variations est ainsi minimisée. De plus, les petites variations éventuelles de fréquence de la source se retrouvent de la même manière dans le signal provenant de l'objet et le signal de référence quelle que soit la distance de cet ♦ objet. A la fin de l'impulsion de réception commence une période d'analyse. Le début 40 de cette période est matérialisée par une impulsion envoyée par le programmeur 2 69 20015 5 2059949 vers l'analyseur 6. Ce dernier comporte une horloge électronique fournissant un train d'impulsions d'analyse de fréquence de récurrence élevée. Ces impulsions sont envoyées successivement à l'aide des registres à décalage sur les mémoires tampon telles que ]]0 et provoquent le transfert des informations contenues dans 5 ces mémoires vers l'enregistreur 8. A la fin de la période d'analyse prend place une période de lecture à partir de l'enregistreur 8 grâce à une impulsion de commande envoyée par le programmeur 3 à cet enregistreur. Bien entendu la présente invention n'est nullement limitée à l'exemple représenté et décrit les divers employés pouvant être remplacés par tous moyens équiva-1 0 lents. Il est notamment possible d'utiliser un seul oscillateur tel que 106 précédé d'une seule porte telle que 104 pour un groupe de plusieurs transducteurs tels que 100. Le signal de référence combiné aux signaux de sortie des transducteurs de ce groupe est alors la moyenne des signaux de référence qui sont combinés à ces si-15 gnaux de sortie dans l'exemple décrit ci-dessus. 69 20015 6 2059949 REVENDICATIONS 1/ Dispositif pour former un hologramme sonars comportant une source sonore émettant, durant des impulsions d'émission, un faisceau d'éclairage cohérent en direction de l'objet étudié, une matrice de transducteurs recevant les ondes sono-^ res renvoyées par cet objet, un programmeur apte à fournir une impulsion de réception un laps de temps convenable après chaque impulsion d'émission, des moyens d'ouverture pour transmettre les signaux de sortie de ces transducteurs et commandés par ledit programmeur de manière à réaliser cette transmission pendant la durée desdites impulsions de réception, des moyens de combinaison recevant chacun le si-gnal de sortie, ainsi transmis par l'un desdits moyens d'ouverture et le combinant avec un signal de référence, l'hologramme étant constitué par 1'ensemble des signaux de sortie de ces moyens de combinaison, dispositif caractérisé, les moyens d'ouverture précités étant appelés moyens d'ouverture principaux, en ce qu'il'comporte en outre des moyens d'ouverture auxiliaires aptes à transmettre les signaux de sortie des transducteurs précités, ces moyens d'ouverture auxiliaires étant commandés par ledit programmeur de manière à réaliser cette transmission pendant la durée d'impulsions de pré-réception, ces dernières étant fournies par le programmeur précité et précédant lesdites impulsions de réception, des mémoires de phase recevant chacune le signal ainsi transmis par l'un desdits moyens d'ouverture auxiliaires et étant aptes à conserver en mémoire la phase de ce signal, ces mémoires de phase fournissant aux moyens de combinaison précités les signaux de référence précités. 2/ Dispositif selon la revendication 1, dans lequel une même mémoire de phase précitée reçoit, par l'intermédiaire d'un même moyen d'ouverture auxiliaire précité, les signaux de sortie d'un groupe des transducteurs précités, le signal de sortie 25 ds cette mémoire étant appliquée simultanément à ceux des moyens de combinaison précités qui reçoivent le signal de sortie de l'un des transducteurs de ce groupe. 3/ Dispositif selon la revendication 1 dans lequel le programmeur précité est agencé de manière que lesdites impulsions de pré-réception soient de durée sensiblement égale à celle desdites impulsions de réception, et les précèdent immédiatement. ^ 4/ Procédé pour former un hologramme sonore, procédé selon lequel on éclaire l'objet étudié par des ondes sonores pendant la durée d'au moins une Impulsion d'émission, on reçoit sur une matrice de transducteurs les ondes sonores renvoyées par cet objet, on combine les signaux de sortie de ces transducteurs avec des signaux de référence de même fréquence pendant la durée d'impulsions de réception posté-35 rieures auxdites impulsions d'émission, procédé caractérisé en ce que l'on déduit Issdits signaux de référence des signaux de sortie desdits transducteurs pendant la durée d'Impulsions de perception précédant lesdites impulsions de réception et postérieures auxdites impulsions d'émission. bad original