Brevet FR2137193A1 — publié le 19721229

La présente invention concerne un dispositif de détermination de la direction, de la fréquence et de l'amplitude de la houle. On sait qu'il est possible de déterminer la direction et la fréquence de la houle notamment au moyen d'un dispositif comportant une perche lestée et disposant d'une légère flottabilité, la dite perche, lorsqu'elle est immergée, pouvant osciller de quelques degrés autour de sa position verticale de repos sous 1'effet de la houle, et étant équipée d'une rose de compas magnétique, ellé-neme munie de contacts disposés de telle sorte que la fermeture des circuits correspondants permette ltenregistre- ment de la direction et de la fréquence de la houl . Un tel dis clemasae ae positif est en particulier décrit dans la/brevet français nO 69-14.603, mais l'inconvénient majeur de ce dispositif est qu'il ne permet pas de déterminer l'amplitude de la houle. La présente invention obvie à ces inconvénients en fournissant un dispositif qui, non seulement permette la détermination de la direction et de la fréquence de la houle, mais permette également d'en déterminer 11 amplitude. Le dispositif de détermination des caractéristiques de la houle, selon l'invention, du type comprenant une perche lestée possédant une légère flottabilité à l'intérieur de laquelle est disposé un compas magnétique dont la cuvette est solidaire de la dite perche, est essentiellement caractérisé par le fait qu'il comporte en combinaisons - un compas magnétique dont la rose, montée sur un pivot de meme axe que celui de la perche, est munie sur sa périphérie d'une paroi cylindrique mince de même axe que celui dudit pivot, constituée par quatre secteurs cylindriques jointifs se raccordant entre eux le long d'une génératrice, lesdits secteurs cylindriques étant deux i deux identiques et diamétralement opposées, le plan médian commun de deux des dits secteurs cylindriques étant orienté suivant l'ase Nord-Sud de la rose, l'un étant transparent, l'autre opaque, le plan médian commun des deux autres secteurs cylindriques étant orienté suivant l'axe Est-Ouest de la rose, chacun d'eux étant réalisé dans une matière transparente polarisant la lumière, le plan de polarisation de l'un étant incliné sur le plan de la rose suivant un angle constant de faible valeur, le plan de polarisation de l'autre étant incliné sur le plan de la rose suivant un angle constant de faible valeur égal mais de sens opposé au précédent, la valeur de l'angle au centre de chacun des secteurs cylindriques dont le plan médian commun est orienté suivant l'axe Est-Ouest de la rose étant un multiple de la valeur de l'angle au centre de chacun des secteurs dont le plan médian commun est orienté suivant l'aie Nord-Sud de la rose - un dispositif d'éclairage constitué par une source lumi neuse située sur l'axe du pivot de la rose et au-dessus de cette dernière, et par un cache cylindrique opaque coaxial audit pivot, muni d'orifices de passage des rayons lumineux, tous identiques, ménagés dans la paroi latérale dudit cache, disposés dans un plan perpendiculaire à l'axe du pivot, espacés angulairement de manière régulière, l'angle au centre de deux orifices successifs étant égal à l'angle au centre des secteurs de la paroi cylindrique ménagée sur la périphérie de la rose, dont le plan médian est orienté suivant la direction Nord-Sud de cette dernière - un ensemble de cellules photosensibles solidaires de la cuvette du compas, régulièrement réparties autour de la paroi cylindrique ménagée sur la périphérie de la rose, chacune d'elles étant placée en regard d'un orifice de passage de la lumière ména- gé sur la paroi du cache, une plaquette plane d'une matière transparente polarisant la lumière étant interposée perpendiculairement à la direction des rayons lumineux correspondants, entre la paroi cylindrique disposée sur la périphérie de la rose et la cellule photosensible correspondante, le plan de polarisation de ladite plaquette étant parallèle à l'axe du pivot de la rose lorsque la perche porte-compas est en position de repos, les deux.ceLlules d'une paire de cellules photosensibles. diamétralement opposées étant reliées par I'interméaiaire d'un mame amplificateur différentiel à un dispositif d'exploitation des signaux délivrés par lesdites cellules. Selon d'autres caractéristiques : - les signaux délivrés par les paires de cellules photosensibles diamétralement opposées, à la sortie de l'amplificateur différentiel auquel chacune de ces paires est reliée, sont exploitées au moyen d'un dispositif de résolution asservi dit Uresolver"; - les signaux délivrés par les paires de cellules photosensibles diamétralement opposées à la sortie de l'amplificateur différentiel auquel chacune de ces paires est reliée, sont exploités au moyen d'un potentiomètre à courbe sinusoidaljasservi. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront mieux de la description faite ci-après, à titre d'exemple non limitatif, d'une forme de réalisation de la dite invention, en regard des dessins annexés sur lesquels - la figure 1 représente schématiquement une vue en perspective de la rose du compas magnétique munie sur sa périphérie et perpendiculairement à son plan de deux secteurs cylindriques opposés réalisés en une plaque mince polarisante et de deux secteurs cylindriques opposés, l'un opaque, l'autre transparent; - la figure 2 représente schématiquement une vue en coupe axiale de la rose et du dispositif d'éclairage des cellules photosensibles qui lui sont associées; - la figure 3 représente schématiquement une vue en plan de la rose, des cellules photosensibles qui lui sont associées et du dispositif d'éclairage des dites cellules;; - la figure 4 représente un schéma du dispositif d'exploitation des signaux fournis par les cellules photosensibles, comportant un système de résolution dit "resolver"; et - la figure 5 représente un schéma du dispositif d'exploita tion desssigraus fournis par les cellules photosensibles comportant un potentiomètre à courbe sinusoidale.Sur ces figures, les mimes références représentent les mêmes éléments. in se référant aux figures 1, 2 et 3 : le dispositif selon l'invention comporte un compas magnétique porté par une perche lestée, partiellement immergée, dont la rose 1, montée sur pivot, etif.mamFe sur sa périphérie de deux éléments cylindriques la et 1M identiques, de mtme rayon que celui de la rose, d'angle au centre égal à 1350 et réalisés dans une matière transparente polarisant la lumière, par exemple celle connue dans le commerce sous le nom de tpolarold". Les deux secteurs cylindriques la et lb, sont disposés de manière à être diamétralement opposés l'un à l'autre et séparés l'un de l'autre d'une part par un secteur cylindrique transparent 2, de même rayon que la rose, d'angle au centre égal à 450 et d'autre part, par un secteur cylindrique 3, identique et diamétralement opposé au précédent mais opaque, Le secteur transparent 2 est placé du cdté du Nord de la rose, son plan médian coIncidant avec le plan vertical Nord-Sud de ladite rose. Par ailleurs, les deux secteurs cylindriques la et lb, découpés dans une plaque de polaroid plastique, le sont de telle manière que les plans de polarisation, repsentés schématiquement par les flèches F1 et F2, qu'ils imposent à la lumière qui-les traverse fassent avec le plan de la rose un angle de faible valeur, qui peut être, dans le cas présent, par exemple de 200, dans un sens pour l'un et en sens opposé pour l'autre. Au-dessus du pivot de la rose et sur son axe est disposée une source lumineuse constituée, par exemple par une lampe 4. Celleci est entourée d'un cache cylindrique 5 coaxial au pivot de la rose, opaque, percé de huit orifices identiques répartis régulièrement i 450 les uns par rapport sus autres, disposés dans un plan parallèle à celui de la rose quand la perche est verticale. Les huit faisceaux lumineux émergeant du cache sont ainsi disposés dans un même plan, divergeant à partir du même point, chacun faisant avec ses voisins un angle de 450. Autour de la rose et sur la cuvette de cette dernière, sont disposées huit cellules photosensibles régulièrement réparties dans le plan cotncidant avec celui des huit orifices ménagés sur le cache 5, et placées de manière à se trouver alors chacune dans l'axe d'un des faisceaux lumineux ci-dessus.Entre chacune de ces cellules deux à deux diamétralement opposées et référencées respectivement 6 6b, 7a-7b, 8a-8b et 9a-9b, et la couronne cylindrique formée par les secteurs cylindriques la, lb, 2 et 3, sont disposées perpendiculairement à l'axe des rayons lumineux, des plaquettes planes 6c, 6d, 7c, 7d, 8c, 8d et 9c, 9d d'une matière transparente polarisant la lumière qui peut également être du "polaroïd" ; les plans de polarisation définis par chacune de ces plaquettes sont parallèles à l'axe du pivot de la rose. De cette manière, dans le cas où, en l'absence de houle la perche est et reste verticale, les éclairements reçus par les différentes cellules sont alors les suivants : la cellule photosensible 9a placée en regard du secteur opaque 3 ne reçoit aucune lumière; la cellule 9b qui lui est diamétralement opposée, reçoit la quantité de lumière maximum puisque le faisceau lumineux correspondant traverse le secteur transparent 2 non polarisant et la plaquette polarisante 9d associée à la dite cellule 9b; les dix autres cellules reçoivent la même quantité de lumière.Cette quantité est plus faible que celle que reçoit la cellule 9d, d'une part du fait de l'absorption de la lumière par les deux éléments polarisants traversés par le faisceau lumineux correspondant à savoir celui qui est solidaire de la rose et celui qui est associé à la cellule correspondante, d'autre part du fait que les plans de polarisation de ces éléments font entre eux un angle de valeur élevée soit, dans le cas présent, 700. Le secteur transparent 2 étant placé dans la direction du Nord, le signal fourni par la cellule qui reçoit la plus grande quantité de lumière permet de déterminer cette direction ( à + '22,50 près dans l'exemple décrit). Si, sous lseffet de la houle, la perche lestée porte-compas prend une certaine inclinaison, la rose qui est convenablement lestée et dont le mouvement est convenablement amorti, reste dans un plan horizontal et l'éclairement de la cellule disposée en regard du secteur transparent 2 reste inchangé, tandis que la cellule disposée en regard du secteur non transparent 3 ne reçoit toujours pas de lumière, mais les six autres cellules, du fait de ltorientation des plans de polarisation des secteurs de "polaroSd" la et lb, reçoivent des éclairements variables. C'est ainsi qu'en ce qui concerne deux cellules diamétralement opposées : pour l'une, l'angle que fait le plan de polarisation du secteur de "polaroïd" placé en regard de~la cellule avec le plane polarisation de la plaquette polarisante liée à cette-meme cellule augmente, tandis que pour l'autre il diminue. Il en résulte que la différence d'éclairement de ces deux cellules augmente du fait de cette inclinaison, et est d'autant plus élevée que cette inclinaison est elle-m & e plus élevée. Si, comme représenté sur les figures 4 et 5, deux paires de cellules diamétralement opposées sont reliées respectivement aux amplificateurs différentiels 10 et 11, la sortie de chacun de ces derniers fournit un signal proportionnel à l'angle dont s'est inclinée la perche, le dit angle étant mesuré dans la direction définie par la perpendiculaire au diamètre sur lequel sont disposées les deux cellules diamétralement opposées. En particulier, Si la perche s'incline dans la direction de ce diamètre, le signal fourni à la sortie de l'amplificateur correspondant est nul, alors que le signal fourni à la sortie de l'amplificateur correspondant aux cellules diamétralement opposées, dans la direction perpendiculaire à la précédente, délivre un signal maximum proportionnel à l'angle dont s'est inclinée la perche. ainsi, si l'on désire connattre de manière seulement approximative la direction de la houle, il suffit de connattre la paire de cellules diamétralement opposées délivrant le signal maximum, la position de ces cellules par rapport à celle qui correspond à la direction du Nord définissant approximativement la direction de la houle. De même, le signal délivré par l'amplificateur différentiel correspondant permet de déterminer la fréquence et l'amplitude de la houle. La sélection du signal de valeur maximum peut être effectuée au moyen de tout appareil électronique approprié de type connu. I1 est clair que la connaissance de la direction du Nord comme celle de la direction de la houle dépend du nombre de paires de cellules photosensibles disposées autour de la rose et que plus ce nombre est élevé plus cette connaissance est précise. Mais, méme en ne disposant que huit cellules autour de la rose, comme dans l'exemple décrit, il est possible de déterminer l'amplitude de la houle avec une meilleure approximation. En effet, sur ces huit cellules, deux d'entre elles sont utilisées pour la détermination de la direction du Nord et de celle du Sud.Au moyen d'un circuit logique de type connu, on peut éliminer l'influence des deux cellules placées dans la direction Nord-Sud et des deux cellules placées dans la direction perpendiculaire, et connecter les deux paires de cellules restantes, de telle sorte que le signal issu d'une de ces paires de cellules soit envoyé sur l'enroulement 12, d'un "resolver" asservi, dans le cas où l'on opère avec des tensions alternatives (voir figure 4) ou sur les bornes fixes d'un potentiomètre à courbe sinusordale asservi 13, dans le cas où l'on opère avec des tensions continues (voir figure 5) tandis que le signal issu de l'autre paire de cellules est envoyé sur l'enroulement 14 du stator du même "resolver", perpendiculaire à l'enroulement 13 (figure 4), ou sur les bornes du même potentiomètre à courbe sinusoidale 19 (figure 5). Le rotor 15 du "resolver" ou les balais du potentiomètre 13 sont alors commandés par un moteur 16 asservi de telle manière que la tension issue de l'un des enroulements du rotor 15 (figure 4) ou d'une paire de balais du potentiomètre 13 (figure 5) soit nulle. La position imposée au rotor du"resolver" par le moteur asservi 16 permet, dans les deux cas, de déterminer la direction de la houle, tandis que la tension délivrée par l'autre enroulement du rotor 15, mesurée par un voitmètre convenablement gradué 17 (figure 4), ou par l'autre paire de balais du potentiomètre 13, également mesurée par un voltmètre convenablement gradué 17, est proportionnelle à l'amplitude de la houle. Le dispositif ci-dessus décrit permet donc bien, en détectant uniquement par des moyens optiques, les mouvements relatifs de la perche par rapport à la rose du compas magnétique qu'elle supporte, rose dont le plan reste horizontal, les caractéristiques essentielles d'une houle,à savoir:sa direction, Sa fréquence et son amplitude. 1l est bien entendu que la présente invention n'a été décrite et représentée qu'à titre d'exemple préférentiel et qu'on pourra apporter des équivalences techniques à ses éléments cons titutite, sans pour autant sortir du cadre de ladite invention, lequel est défini dans les revendications annexées. REVENDICATIONS 1 1)ispositif de détermination des caractéristiques de la houle, du type comprenant une perche lestée possédant une légère flottabilité, à l'intérieur de laquelle est disposé un compas magnétique dont la cuvette est solidaire de ladite perche, caractérisd par le fait qu'il comporte en combinaison - un compas magnétique dont la rose, montée sur un pivot de même axe que celui de la perche, est munie sur Sa périphérie d'une paroi cylindrique mince de même axe que celui dudit pivot, constituée par quatre secteurs cylindriques jointifs se raccordans entre eux le long d'une génératrice, lesdits secteurs cylindriques étant deux à deux identiques et diamétralement opposés, le plan médian commun de deux desdits secteurs cylindriques étant orienté suivant l'axe Nord-Sud de la rose, l'un étant transparent, l'autre opaque, le plan médian commun des deux sutres secteurs cylindriques étant orienté suivant l'ase Est-Ouest de la rose, chacun d'eux étant réalisé dans une matière transparente polarisant la lumière, le plan de polarisation de 1 'un étant incliné sur le plan de la rose suivant un angle constant, de faible valeur, le plan de polarisation de l'autre étant incliné sur le plan de la rose suivant un angle constant de faible valeur égal mais de sens opposé au précédent, la valeur de l'angle au centre de chacun des secteurs cylindriques dont le plan médian commun est orienté suivant l'axe Est-Ouest de la rose étant un multiple de la valeur de l'angle au centre de chacun des secteurs dont le plan médian commun est orienté suivant l'axe Nord-Sud de la rose - un dispositif d'éclairage constitué par une aourceçlumi- neuse située sur l'axe du pivot de la rose et au-dessus de cette dernière, et par un cache cylindrique opaque coaxial audit pivot, muni d'orifices de passage des rayons lumineux, tous identiques, ménagés dans la paroi latérale dudit cache, disposés dans un plan perpendiculaire à l'axe du pivot, espacés angulairement a OrlL1C88 8UCCe881rS manière régulière, l'angle au centre de deux/étant égal à l'angle au centre des secteurs de la paroi cylindrique ménagée sur la péri phérie de la rose, dont le plan médian est orienté suivant la direction Nord-Sud de cette dernière; - un ensemble de cellules photo sensibles solidaires de la cuvette du compas, régulièrement réparties autour de la paroi cylindrique ménagée sur la périphérie de la rose, chacune d'elles étant placée en regard d'un orifice de passage de la lumière ménagé sur la paroi du cache, une plaquette plane d'une matière transparente polarisant la lumière étant interposée perpendiculairement à la direction des rayons lumineux correspondants entre la paroi cylindrique disposée sur la périphérie de la rose et la cellule photosensible correspondante, le plan de polarisation de la dite plaquette étant parallèle à 1 'axe du pivot de la rose lorsque la perche porte-compas est en position de repos, les deux cellules d'une paire de cellules photosensibles diamétralement opposées étant reliées par l'intermédiaire dlun même amplificateur différentiel à un dispositif d'exploitation des signaux délivrés par les dites cellules. 2 - Dispositif de détermination des caractéristiques de la houle selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les signaux délivrés par les paires de cellules photosensibles diamétralement opposées, à la sortie de l'amplificateur différentiel auquel chacune de ces paires est reliée, sont exploités au moyen d'un dispositif de resolution asservi dit "resolver". 3 - Dispositif de détermination des caractéristiques de la houle selon la revendication 1, caractérisé par le fait que les signaux délivrés par les paires de cellules photosensibles diamétralement opposées, à la sortie de l'amplificateur différentiel auquel chacune de ces paires est reliée, sont exploités au moyen d'un potentiomètre à courbe sinusoidaleJasservi.