Brevet FR2188153A1 — publié le 19740118

La présente invention se rapporte à un procédé et à un dispositif de mesure du temps de propagation d'une onde et à son application à la mesure des distances. Dans une demande de brevet déposée par la Demanderesse le 13 Novembre 1970 sous le n0 70.40772, on a décrit un procédé et un appareil de mesure du temps de propagation d'une onde ultrasonore, caractérisé en ce qu'il comporte : un émetteur d'un signal électrique à haute fréquence modulé en fréquence par un signal sinusoT- dal à basse fréquence ; un transducteur d'émission excité par cet émetteur ; un transducteur de réception ; un récepteur connecté au transducteur de réception, ledit récepteur comprenant un di & rimi- nateur ; un phasemètre et des moyens d'appliquer audit phasemètre les deux signaux à basse fréquence respectivement compris dans les spectres d'émission et de réception. Ledit appareil sert principalement à la mesure de faibles distances dans des tissus vivants. Selon la présente invention et d'une manière plus générale, sans restriction sur la nature des ondes ni sur leur domaine de fréquence, pour obtenir un meilleur fonctionnement du procédé à modulation de fréquence, on module l'onde provenant d'un émetteur par un signal aléatoire B (t), constituant un "bruit blanc" borné. Le signal émis à l'instant t est de la forme classique AWo Ae = F cos tWo.t + w . B (t) Le signal reçu peut theoriquement être écrit à l'instant t sans tenir compte du bruit, et en notant T le temps de transit de l'onde entre émetteur et récepteur Ar = R cos [ wo.(t - T) + #Wo B (t -T) ] On remarque que la fonction dtintercorrelation du bruit reçu et du signal aléatoire émis est constamment nulle. On peut montrer alors que la fonction d'intercorrélation des signaux émis et reçus est égale à la fonction d'auto-correlation du signal fonction de t avec l'argument (-T +Z) du signal reçu.Et pour t =T, la fonction d'intercorrélation devient We.Wr=(#Wo)2.B2 (t) où le dernier facteur représente la valeur quadratique moyenne du signal B (t). Ce procédé permet alors de remplacer le démodulateur en phase prévu au brevet antérieur par une ligne à retard variable et un corrélateur réagissant sur la ligne pour obtenir en permanence un produit de corrélation maximum. L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description suivante et de la figure unique annexée, donnée à titre d'exemple comme application à la mesure de la vitesse de propagation d'ul- trasons dans des tissus vivants. Sur cette figure est représenté schématiquement un appareil de mesure de distance destiné a la mise en oeuvre du procédé de l'invention. Un transducteur d'émission 1 et un transducteur de réception 2 sont respectivement places aux deux points A et B dont on veut mesurer la distance, ces deux points étant séparés par un milieu dans lequel les ultrasons se propagent à une vitesse connue, telle que 1500m/s dans le sang et les tissus vivants. Pour mesurer la distance AB il suffit de mesurer le temps de propagation des ultrasons entre A et B. Le transducteur 1 est excite par un étage émetteur a haute fréquence 3 qui amplifie l'oscillation à haute fréquence, engendrée par un oscillateur 4, et modulé en fréquence par un générateur 6 de signal aléatoire. Un filtre passe-bande 7 est intercalé entre l'oscillateur 4 et l'étage émetteur 3. Pour stabiliser la haute fréquence d'émission, on prévoit avantageusement un asservissement réalisé au schéma sous la forme d'une boucle classique de contre-réaction comprenant le dis crîminateur 8, le filtre passe-bas 10 et le bloc sommateur 9 où se combine le signal de contre-réaction et le signal aléatoire 6. Le discriminateur 8 extrait le signal à basse fréquence de modulation d'émission et l'applique d'autre part a une ligne à retard 11. A la réception, le signal électrique issu du transducteur 2 est appliqué à un étage préamplificateur à haute fréquence 13 puis après passage a travers un filtre passe-bande 14, combiné à un limiteur d'amplitude, et un discriminateur 15 parvient à un multiplicateur X avec le signal provenant de la ligne à retard variable 11. Le signal produit b' va d'une part à un intégrateur 20 fournissant ainsi la tension de corrélation b r d'autre part à un bloc de réaction 21 maintenant à sa valeur maximum cette tension de corrélation. Le principe d'un tel asservissement est simple. La valeur t du retard est variable électroniquement, et si z = T, la fonction Q, de corrélation passe par un maximum Si r diminue légèrement Q est inférieur au maximum, et la dérivée + est positive. Si r a-ug mente légèrement, 'est négative. Selon l'invention, un signal sera formé qui provoquera un accroissement de z si la dérivée est positive, et une diminution de z dans le cas contraire. Il en résultera une oscillation extrêmement rapide autour de la valeur S: = T. Et l'indication de la valeur moyenne de #, obtenue par intégration de la courbe d'oscillation, donnera la valeur T. On voit aussi qu'il n'y aurait pas d'oscillation autour d'un minimum, mais éloignement. Pour provoquer l'asservissement au maximum, il faut par un moyen électronique connu faire croître z à partir de la valeur zéro, le détecteur de signe de la dérivée +' provoquant ensuite l'accrochage. A titre d'exemple de réalisation d'un tel asservissement, le bloc 21 comprend une porte 22, suivi d'un circuit bistable 23 a deux entrées A et B, puis d'un integrateur 24 agissant sur la ligne à retard variable Il d'un type connu tel qu'à "effet de champ". Le fonctionnement de ce bloc 21 est le suivant. Le signal r sortant du multiplicateur devrait rester nul a la sortie du multiplicateur X. En réalité, il tend à s'écarter de cette valeur par valeurs positives ou négatives. Le circuit 22 est à deux niveaux, et prend le niveau "O" si le signal reçu a une valeur négative, et le niveau "1" si le signal reçu a une valeur positive. La valeur de ces niveaux est appliquée simultanément en A et B de 23. Ce circuit bistable bascule lors des passages à zéro en A, à condition qu'en B la valeur ne soit pas négative. La fonction +' peut donc ainsi franchir un munimum, le signal sortant de l'in tégrateur continuant à agir sur l'accroissement de# 1: et donc de + jusqu'à ce que la dérivée +' positive s'annule provoquant le basculement de 23 et le changement de signe du signal sortant de l'integrateur. La description précédente est donnée à titre d'exemple et pourrait comporter diverses variantes sans sortir de l'invention. En particulier, des moyens complémentaires connus permettraient d'indiquer simultanément la valeur T résultant de l'asservissement et la valeur correspondante de la fonction de corrélation. L'invention est applicable aussi bien à des mesures biologiques dans des tissus organiques, qu'à des radars et à des sonars, en permettant la connaissance simultanée de la distance de la source d'un échos et de son importance. Il est remarquable que l'invention permette de détecter ainsi des signaux très faibles noyés dans un bruit de fond plus intense. REVENDICATIONS 1 - Procédé de mesure du temps de propagation d'une onde d'un premier à un second point en vue de la détermination de l'un des facteurs dont dépend ledit temps de transit, caractérisé par l'émis- sion continue, au premier point, d'une onde à haute fréquence mo dulée en fréquence par un bruit blanc borné, par la réception de cette onde au second point, la démodulation des ondes émise et re çue et le retardement de la premiere onde démodulée, la multiplication de 1 'onde émise démodulée et retardée par l'onde reçue démo dulée, et l'asservissement de retard de façon telle que la fonction de corrélation intégrale du résultat de ladite multiplication soit maintenue à sa valeur maximale. 2 - Appareil de mesure du temps de propagation d'une onde faisant application du procédé conforme à la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte : un émetteur d'un signal électrique a haute fréquence modulé en fréquence par un bruit blanc borné, un transducteur d'émission excité par cet émetteur, un transducteur de réception, un discriminateur de réception, un discriminateur du signal électrique émis suivi d'une ligne à retard variable, un multiplicateur, des signaux provenant respectivement de deux discriminateurs de réception et de la ligne à retard variable, et une boucle d'asservissement reliant la sortie du multiplicateur à une entrée de commande de la ligne à retard, de façon à maintenir a sa valeur maximale la fonction de corrélation inté- grale du signal de sortie du multiplicateur. 3 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite boucle d'asservissement comprenant une porte ouverte par le signal issu du multiplicateur lorsque celui-ci est positif, une bascule bistable armée par les fronts descendants des signaux issus de la porte, un intégrateur connecté à la sortie de la bascule bistable et commandant la ligne à retard. 4 - Appareil selon la revendication 2, caractérisé par des moyens d'indiquer simultanément la valeur du retard asservi et la valeur de la fonction de corrélation.