Brevet FR2158110A1 — publié le 19730615

La présente invention concerne le sondage multiple, c'est-à-dire le sondage comportant les opérations suivantes : irradiation du volume a sonder a l'aide d'un rayonnement ondulatoire cohérent de fréquence convenablement choisie, réception du rayonnement renvoyé par les hétérogénéités de ce volume sur un réseau de détecteurs sensibles à l'amplitude et a la phase du rayonnement, traitement des informations élaborées a partir de ces détecteurs. Ce rayonnement peut être du type à ondes mécaniques ultrasonores et par exemple se propager dans l'eau. Mais il peut aussi etre électromagnétique et le milieu de propagation peut être solide par exemple. Les détecteurs fournissent en sortie un signal de réception périodique représentatif de l'amplitude et de la phase du rayonnement qu'ils reçoivent. I1 est connu de traiter ces signaux de réception dans un ensemble de traitement de l'information qui peut être de type numérique. Plus précisément, il est connu d'échantillonner ces signaux de réception, c' est-à-dire d'enregistrer les valeurs qu'ils prennent à des instants "d'échantillonnage" convenablement choisis et de traiter les valeurs échantillonnées ainsi obtenues à l'aide d'un calculateur, de maniere à effectuer une transformation de Fourier par rapport aux coordonnées des détecteurs. Ces valeurs échantillonnées dépendent en effet du détecteur dont elles proviennent et elles peuvent etre considérées comme des échantillons d'une fonction de la position de ce détecteur. Si, par exemple, les valeurs échantillonnées correspondent toutes à un meme instant d'échantillonnage, et si les détecteurs sont régulièrement répartis selon un réseau rectangulaire, les positions de ces détecteurs peuvent être définies à l'aide de coordonnées rectangulaires X et Y et la valeur échantillonnée est une fonction des deux variables X et Y, ces variables ne pouvant prendre d'ailleurs qu'une suite de valeurs distinctes. On sait qu'une transformation de Fourier à deux dimensions effectuées sur cette fonction des variables X et Y constitue une représentation de l'objet qui a renvoyé le rayonnement reçu par les détecteurs. Plus précisément, chacune des valeurs de la transformée de Fourier ainsi obtenue peut etre attribuée à une direction d'ondes planes parvenant sur la matrice de détecteurs, et considérée comme représentative de l'intensité des ondes ayant cette direction. Une telle méthode de sondage multiple est donc bien adaptée à la recherche des directions selon lesquelles un rayonnement cohérent parvient sur la matrice de détecteurs. Les signaux de sortie de ltensenble de traitement de l'information comportant le calculateur de transformée de Fourier, peuvent etre appliqués à un système de visualisation présentant une image à deux dimensions de l'objet qui a renvoyé le rayonnement. I1 convient de remarquer que la méthode de sondage qui vient d'être indiquée peut évidemment etre appliquée au sondage dans un plan. Dans ce cas, le réseau de détecteurs peut être réduit à une rangée de détecteurs à l'aide de laquelle on détermine, dans le plan passant par cette rangée de détecteurs et l'objet qui renvoie le rayonnement, la direction dans laquelle se trouve cet objet. Il convient également de remarquer que la transformation de Fourier n'est pas le seul procédé de traitement envisageable pour les informations que constituent les signaux de réception fournis par les détecteurs. Des traitements plus complexes, plus ou moins équivalents à la transformation de Fourier, peuvent en effet être mis en oeuvre dans des ensembles traitement de l'information destinés à indiquer des directions par lesquelles se trouvent certains objets susceptibles de renvoyer un rayonnement ondulatoire. Quel que soit le mode de traitement des signaux de détection, l'information qu'ils constituent quant à la direction des objets qui ont renvoyé le rayonnement, est affeçtée par deux paramètres. L'un de ces paramètres est le champ angulaire, c'est-à-dire l'angle au sommet du cône dans lequel doivent se trouver les objets renvoyant le rayonnement pour que leur direction puisse être reconnue sans ambi guité. Dans le cas d'un réseau dans lequel les détecteurs sont répartis aux noeuds d'une matrice de lignes et de colonnes d'espacements réguliers, cet espacement étant appelé le pas, on peut montrer que le champ angulaire est proportionnel au rapport entre la longueur d'onde du rayonnement utilisé et le pas du réseau, à condition de choisir des détecteurs présentant individuellement un champ angulaire de sensibilité sensiblement égal au champ angulaire de la sonde. Si l'on utilise des céramiques piézo-électriques, par exemple, cette dernière condition est remplie lorsque le diametre de chaque céramique est à peu près égal au pas du réseau. Il n'est pas nécessaire que tous les noeuds de la matrice précédemment mentionnée soient occupés par des détecteurs. Un autre paramètre important est la résolution angulaire, c'est-à-dire l'angle minimal que doivent présenter les directions de deux objets renvoyant le rayonnement vers la sonde pour pouvoir être distingués l'un de l'autre. On peut montrer que cet angle, lorsqu'il est petit, est proportionnel au rapport entre la longueur d'onde de rayonnement utilisé et la dimension du réseau. Bien entendu, la dimension et le pas du réseau peuvent ne pas être les mêmes selon que l'on se place selon l'axe des X ou selon l'axe des Y. Si l'on considère les objets réfléchissants se trouvant dans un plan parallèle à l'axe des X et perpendiculaire au plan du réseau de détecteurs, ce sont la dimension et le pas selon l'axe des X qui doivent être pris en considération. Dans le cas où l'on utilise un rayonnement ultrasonore dans l'eau, on peut montrer d'autre part que la portée de détection, c'est-à-dire la plus grande distance à laquelle un objet peut être détecté, croît lorsque la longueur d'onde du rayonnement croît. Les dimensions et le pas des sondes à réseau de détecteurs connues sont fixes. Ces sondes présentent alors l'inconvénient de présenter tantôt un champ insuffisant tantôt une médiocre résolution angulaire, tantôt enfin une portée insuffisante. Un but de la présente invention est la réalisation d'une sonde à réseau de détecteurs présentant tantôt un champ angulaire augmenté, tantôt une résolution angulaire améliorée. Un autre but de la présente invention est da permettre la réalisation d'une sonde à réseau de détecteurs présentant tantôt une portée accrue tantôt une réso- lution angulaire améliorée. La présente invention a pour objet une sonde à réseau de détecteurs comportant une source de rayonnement ondulatoire irradiant un volume à sonder, et un réseau de détecteurs disposés à proximité de cette source pour recevoir ce rayonnement lorsqu'il est renvoyé vers la sonde par des hétérogénéités de ce volume, chacun de ces détecteurs fournissant sur sa sortie un signal de réception représentatif de l'amplitude et de la phase du rayonnement qu'il reçoit, des moyens de traitement d'information recevant ces signaux de réception et fournissant des informations sur les directions dans lesquelles se trouvent lesdites hétérogénéités par rapport à la sonde, sonde caractérisée en ce que ladite source est apte à irradier ledit volume avec un rayonnement pouvant présenter au moins une fréquence haute et une fréquence basse, lesdits détecteurs étant aptes à fournir des signaux de réception représentatifs de l'amplitude et de la phase d'un dit rayonnement de fréquence haute et d'un dit rayonnement de fréquence basse, lesdits moyens de traitement d'information étant aptes à tenir compte de la fréquence du rayonnement reçu par lesdits détecteurs. A l'aide de la figure schématique unique ci-jointe, on va décrire, ci-après à titre purement illustratif et nullement limitatif, un exemple de réalisation de la présente invention. Cette figure représente, partiellement sous la forme d'un schéma par blocs, un mode de réalisation de l'invention. On voit sur la figure un objet 2 immergé, par exemple dans l'eau, ainsi qu'une source de rayonnement 4, constituée par exemple d'un projecteur ultrasonore, et une matrice de transducteurs 6, également immergée dans l'eau. Ce projecteur est alimenté soit par un oscillateur d'émission 5, de fréquence 500 KHz constituant la fréquence haute précédemment mentionnée, soit par un oscillateur d'émission 7, de fréquence 167 Khz constituant la fréquence basse précédemment mentionnée, selon la position d'un commutateur C57, et émet un rayonnement à la fréquence de l'oscillateur qui l'alimente. Bien entendu, les oscillateurs 5 et 7 pourraient alimenter deux projecteurs distincts dont l'ensemble constituerait la source précédemment mentionnée. D'autre part des fréquences intermédiaires pourraient être utilisées. La matrice 6 peut par exemple comporter 128 lignes et 128 colonnes à chaque intersection desquelles peut être disposé un transducteur piézo-électrique apte à fournir un signal électrique représentatif du rayonnement qu'il reçoit, la fréquence étant conservée. En fait, pour éviter l'emploi d'un trop grand nombre de transducteurs il est connu de ne disposer ceux-ci qu'à certaines intersections des lignes et des colonnes, une sur dix ou une sur cent par exemple, ces intersections présentant une répartition dite "pseudo-aléatoire" convenablement choisie pour minimiser les effets parasites de l'absence de transducteur aux autres intersections. On sait que cette absence est alors sensiblement équivalente à un bruit qui affecterait les signaux de détection. Dans l'ensemble décrit, on utilise 1 600 transducteurs tels que D1, D2, D1 600. Dans le but de simplifier la figure ces transducteurs sont représentés comme situés aux intersections de trois lignes et sept colonnes. Certaines de ces intersections de ces lignes et de ces colonnes sont représentées dépourvues de transducteur. La source 4 et la matrice 6 sont disposées de manière que le rayonnement emis par le projecteur 4 soit renvoyé partiellement par l'objet 2 en direction de la matrice 6. Le signal de détection fourni par chacun des transducteurs D1, D2, D1 600 est appliqué à un amplificateur tel que Al, A2, Al 600, puis à un circuit de mélange tel que M1, M2, M1 600 dans lequel il est mélangé à un signal sinusoïdal auxiliaire fourni soit par un oscillateur auxiliaire 8 de fréquence 480 KHz soit par un oscillateur auxiliaire 9 de fréquence 147 KHz, selon la position d'un commutateur C89 lié mécaniquement au commutateur C57.Les circuits de mélange tels que M1, M2, M1 600 fournissent en sortie un signal de battement différentiel, de fréquence constante 20 KHz, qui sera appelé ci-après "signal de réception", car il est représentatif, en phase et en amplitude, du rayonnement reçu par les transducteurs tels que D1, D2, D1 600. Bien entendu les signaux auxiliaires fournis par les oscillateurs 8 et 9 pourraient être fournis par un seul oscillateur dont certains éléments seraient commutables. L'essentiel est qu'il existe un ensemble oscillateur auxiliaire dont la fréquence puisse présenter au moins deux valeurs dont la différence soit égale à la différence entre les fréquences haute et basse précédemment mentionnées, et que des moyens, tels que les commutateurs liés C57 et C89, commandent la fréquence du rayonnement émis par le projecteur 4, et du signal auxiliaire, pour conserver une différence constante entre les fréquences de ce signal auxiliaire et la fréquence du rayonnement. Chacun des détecteurs tel que D1, D2, D1 600 précédemment mentionné est cons titué par un tranducteur associé à un amplificateur tel que Al, A2, Al 600 et à un circuit de mélange tel que M1, M2, M1 600. Le mot transducteur signifiant ici que la fréquence du signal fourni par ce transducteur est égale à celle du rayonnement ultrasonore qu'il reçoit. Bien entendu, il serait possible d'élaborer des signaux de détection représentatifs de l'amplitude et de la phase du rayonnement ultrasonore reçu par les détecteurs d'une façon différente. L'essentiel étant que les moyens de traitement de l'information qui reçoivent ces signaux de réception soit adaptés à la nature de ces derniers. Sur la figure, l'ensemble de traitement de l'information est constitué par un calculateur de transformée de Fourier TF qui reçoit les signaux de réception apparaissant en sortie des circuits de mélange tels que Ml, M2, ?fl 600. Ce calculateur comporte des moyens d'echantillonnage non représentés. Il fournit à un ensemble de visualisation 12, comportant un tube cathodique, des signaux représentatifs de la transformée de Fourier d'une fonction des coordonnées des détecteurs, cette fonction étant constituée par au moins une valeur de chacun desdits signaux de réception. Lorsque la fréquence du rayonnement ultrasonore est de 500 KHz, la portée de la sonde selon l'invention peut être de 200 mètres, le champ angulaire pouvant correspondre à un demi-angle au sommet égal à 7 , et la résolution angulaire à un angle de 1/1Oème de degré, dans le cas où la matrice 6 comporte 128 lignes et 128 colonnes avec un pas de 10,5 mm, cette matrice pouvant être remplie à 10 %, c'està-dire comporter 1 600 transducteurs. La puissance des oscillateurs 5 et 7 est choisie suffisante pour que le projecteur 4 fournisse une puissance acoustique de 10 Watts. Dans le cas où la fréquence du rayonnement ultrasonore est égale à 167 KHz, avec les mêmes éléments, la portée passe à 500 mètres, le demi-angle au sommet représentatif du champ passant à 200, et l'angle de résolution à 3/l0èmes de degré. Bien entendu, la fréquence la plus basse sera utilisée lorsque l'on désire avoir un grand champ et une grande portée, et la fréquence la plus haute lorsque l'on désire surtout une bonne résolution angulaire. Comme expliqué précédemment, le diamètre de chacune des céramiques piézoélectriques constituant les transducteurs est choisi proche de 10 mm. Ces céramiques sont choisies de manière à fournir un signal de sortie convenable aussi bien lorsque la fréquence du rayonnement est de 500 Khz que lorsque cette fréquence est de 167 KHz. il y a intérêt pour cela à ce que ces fréquences soient dans un rapport simple tel que deux, trois, ou quatre. Dans l'exemple decrit, ce rapport a été choisi égal à trois. Bien entendu, 1 invention n'est nullement limitée au mode de réalisation décrit et représenté qui n'a été donné qu'à titre d'exemple. En particulier, on peut, sans sortir du cadre de l'invention, changer certaines dispositions ou remplacer certains moyens par des moyens équivalents. REVENDICATIONS 1/ Sonde à réseau de détecteurs comportant une source de rayonnement ondulatoire irradiant un volume à sonder, et un réseau de détecteurs disposé à proximité de cette source pour recevoir ce rayonnement lorsqu'il est renvoyé vers la sonde par des hétérogénéités de ce volume, chacun de ces détecteurs fournissant sur sa sortie un signal de réception représentatif de l'amplitude et de la phase du rayonnement qu'il reçoit, des moyens de traitement d'information recevant ces signaux de réception et fournissant des informations sur les directions dans lesquelles se trouvent lesdites hétérogénéités par rapport à la sonde, sonde caractérisée en ce que ladite source est apte à irradier ledit volume avec un rayonnement pouvant présenter au moins une fréquence haute et une fréquence basse, lesdits détecteurs étant aptes à fournir des signaux de réception représentatifs de l'amplitude et de la phase d'un dit rayonnement de fréquence haute et d'un dit rayonnement de fréquence basse, lesdits moyens de traitement d'information étant aptes à tenir compte de la fréquence du rayonnement reçu par lesdits détecteurs. 2/ Sonde selon la revendication 1, dans laquelle ledit rayonnement est ultrasonore, ladite fréquence basse n'étant pas supérieure à la moitié de ladite fréquence haute. 3/ Sonde selon la revendication 2, dans laquelle ladite fréquence basse est le tiers de ladite fréquence haute. 4/ Sonde selon la revendication 3, dans laquelle ladite fréquence haute est comprise entre 300 et 800 kilohertz. 5/ Sonde selon la revendication 1, caractérisée en ce que lesdits détecteurs sont munis chacun d'un circuit de mélange recevant, d'une part, le signal de sortie d'un transducteur sensible audit rayonnement et, d'autre part, un signal auxiliaire fourni par un ensemble oscillateur auxiliaire dont la fréquence peut présenter au moins deux valeurs dont la différence est égale à la différence entre lesdites fréquences haute et basse, des moyens de commande de fréquence étant prévus pour conserver une différence constante entre la fréquence dudit signal auxiliaire et la fréquence dudit rayonnement, grâce à quoi lesdits circuits de mélange fournissent des signaux de battement constituant lesdits signaux de détection avec une fréquence constante.