Brevet FR2184375A1 — publié le 19731228

Les mesures de vitesse dans les écoulements de fluides ont suscité de nombreux développements, en particulier, de dispositifs optiques utilisant l'effet Doppler. Ces dispositifs, appelés vélocimètres Doppler ou vélocimètres par la méthode des franges, utilisent le phénomène physique suivant La mesure de la vitesse d'un fluide est effectuée par la mesure de décalage de fréquence entre une onde directement transmise et une onde diffusée par les particules contenues dans ce fluide. L'onde transmise n'est pas affectée par l1 effet Doppler alors que l'onde diffusée est affectée d'un effet Doppler proportionnel à la vitesse du fluide. la méthode des "frangest consistant à former un réseau de franges, un point de mesure se présente sous la forme d'un effet Doppler différentiel. On connatt un certain nombre de méthodes permettant d'effectuer la mesure selon deux ou trois directions simultanément au même point, ce qui permet de connaître deux ou trois composantes de la vitesse du fluide selon un trièdre de référence donné. Ces méthodes font appel soit à plusieurs lasers et plusieurs récepteurs, soit à un laser travaillant simultanément à plusieurs fré quences, associé à plusieurs récepteurs. L'invention a pour objet un procédé qui permet d'effectuer une telle mesure à l'aide d'une seule source lumineuse monochromatique, et qui consiste à cet effet à séparer en deux aomposantes de polarisation perpendiculaires le faisceau d'une onde monochromatique non polarisée. Les deux composantes, séparées par des systèmes polarisants, permettent de créer des réseaux de franges indépendants dans la zone de mesure. On peut séparer les signaux de fréquence obtenus dans la lumière diffusée par le fluide à étudier au moyen d'analyseurs suivis de récepteurs. On effectue ainsi, à partir d'une seule onde monochromatique, en créant deux réseaux indépendants de franges, des mesures bidimensionnelles permettant d'obtenir les deux composantes de vitesse du fluide étudié dans un plan de mesure donné. Selon un mode de réalisation de l'invention, le faisceau d'un laser monochromatique non polarisé est séparé par des systèmes polarisants en deux faisceaux polarisés perpendiculairement. Chacun de ces deux faisceaux primaires est séparé en deux faisceaux secondaires correspondants, par exemple par un prisme. lies quatre faisceaux ainsi obtenus et traités de telle sorte qu'ils se propagent dans deux plans perpendiculaires sont amenés à converger dans la zone de mesure. Les caractéristiques et avantages de l'invention ressortiront de la description donnée ci-après à titre d'exemple en référence aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 illustre schématiquement un dispositif pour la mise en oeuvre du procedé selon l'invention la figure 2 illustre schématiquement la trace des faisceaux lumineux dans le plan II-II de la figure 1 la figure 3 montre en perspective la marche des rayons traversant le système convergent du dispositif de la figure 1 et les analyseurs de séparation des deux systèmes de franges obtenus. Le dispositif illustré pour la figure 1 est destiné à former un premier groupe de deux faisceaux dans un plan vertical et un second groupe de deux faisceaux dans un plan horizontal, chacun de ces deux groupes de faisceaux ayant un plan de polarisation perpendiculaire à celui de l'autre groupe. Selon les dispositions représentées, un faisceau monochromatique 11 de rayons parallèles issus d'un laser (non représenté) est séparé à l'aide d'un système biréfringent tel par exemple qu'un prisme en spath d'islande 12 en deux faisceaux primaires parallèles 13 et 14 polarisés suivant des plans mutuellement perpendiculaires. Le faisceau 13 est séparé en deux faisceaux secondaires parallèles 15 et 16 par un prisme symétrique 17 attaqué sur son arête 18. Le faisceau 14 est séparé également en deux faisceaux secondaires parallèles 19 et 20 contenus dans un plan perpendiculaire à la figure 1 par un prisme 22 dont l'arête d'attaque 23 est normale à celle du prisme 17. On obtient ainsi quatre faisceaux parallèles dont la trace, sur un plan perpendiculaire à celui de la figure 1, est représentée par la figure 2. Comme visible plus clairement sur la figure 3, un système convergent tel qu'une lentille schématisée en 25 permet de faire converger en un seul point de mesure 26 les deux groupes de faisceaux secondaires ainsi obtenus, et il se forme en ce point deux réseaux de franges indépendants, dont l'un résulte de l'interférence des faisceaux 15 et 16, tandis que l'autre résulte de l'interférence des faisceaux 19 et 20. Ces deux réseaux de franges impressionnent respectivement deux récepteurs 28 et 29 placés dans les deux plans des deux groupes de deux faisceaux recevant la lumière diffusée dans la région du point de mesure par les particules du fluide étudié. Des analyseurs 31 et 32 placés devant ces récepteurs permettent d'isoler les signaux correspondant à chacun des deux systèmes de franges. En variante, on pourrait capter, grâce à une lentille, l'é- nergie rétrodiffusée par les deux systèmes et à les séparer de nouveau, par un prisme en spath d'Islande par exemple, avant de les envoyer sur les récepteurs. I1 va de soi que la mise en oeuvre du procédé selon l'invention pourrait faire appel à diverses variantes des dispositions ci-dessus décrites d titre d'exemple, sans sortir pour autant du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Procédé pour la mesure optique simultanée de deux composantes de vitesse locale distinctes dans un écoulement fluide-par la méthode dite des franges, dans laquelle on forme dans la zone de mesure de vitesse des franges d'interférence pour recueillir sur un récepteur approprié la lumière diffusée par le fluide, caractérisé en ce que lton forme à partir d'un faisceau monochromatique unique deux systèmes de franges polarisés dans des plans mutuellement croisés et en ce que l'on sépare au moyen d'analyseurs respectifs les rayons lumineux issus de chacun desdits systèmes de franges et diffusés par ledit fluide pour les appliquer à un récepteur respectif. 2. Dispositif pour la mise en oeuvre du procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend une source lumineuse délivrant un faisceau monochromatique, des moyens de polarisation et- de dédoublement propres à former à partir dudit faisceau monochromatique deux paires de faisceaux respectivement polarisés dans des plans mutuellement croisés, ainsi qu'un système optique propre à focaliser lesdites paires de faisceaux au point de mesure pour y former deux systèmes de franges d'interférenccorrespon- dants. 3. Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les deux faisceaux à polarisation croisée issus desdits moyens de polarisation sont respectivement appliqués sur deux prismes de dédoublement dont les arêtes d'attaque sont mutuellement perpendiculaires de façon à former quatre faisceaux sensiblement parallèles oontenus deux à deux dans deux plans sensiblement perpendiculaires, et en ce que lesdits quatre faisceaux sont focalisés au point de mesure par une lentille convergente. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce qu'il comprend deux récepteurs associés chacun à un analyseur de polarisation de façon à rendre sensible chacun desdits récepteurs à la lumière diffusée à partir de l'un respectif des deux systèmes de franges formés au point de mesure.