Brevet FR2230970A1 — publié le 19741220

L'invention,due à Lev Petrovich ULYANOV et Alexei Kuzmich KARELIN, concerne le domaine de la technique de contrôle et de mesure et, plus précisément,un capteur à faible inertie d'angle de rotation d'éléments et de dispositifs par rapport à leurs propres axes. L'invention peut être appliquée aux instruments et aux dispositifs exigeant une basse inertie de l'organe de mesure d'angle de rotation, avec un haut pouvoir de résolution, et une transformation linéaire de l'angle de rotation en signal électrique par exemple, elle peut être appliquée aux viscosimètres giratoires On connais un capteur d'angle de rotation, d'éléments et de dispositifs par rapport à leurs propres axes, qui comprend une source de lumière, un miroir fixé sur un axe, un prisme à réflexion totale, deux élémentsphoto-électriques à charge commune raccordés différentiellement et reliés optiquement au miroir fixé sur l'axe par l'intermédiaire du prisme à réflexion totale, un amplificateur branché à la charge commune des deux éléments photo-électriques raccordés différentiellement, un détecteur synchrone et un potentiomètre. La sensibilité du capteur d'angle de rotation, d'éléments et de dispositifs par rapport à leurs propres axes, de type connu, est inférieure à une seconde angulaire ; la gamme des angles que l'on mesure est égale à + 1/6 de degré Le défaut du capteur d'angle de rotation connu est la nonlinéarité de sa caractéristique d'amplitude et la gamme limitée des angles que l'on mesure. Le but de l'invention est d'éliminer cet inconvénient. A la base de l'invention, se trouve le problème de créer un capteur à faible inertie d'angle de rotation, d'éléments et de dispositifs par rapport à leurs propres axes, ayant une gamme d'angles de rotation à mesurer det 3' à+70 et caractérisé par une transformation linéaire des angles de rotation en signal électrique, pour toute la gamme des angles à mesurer. Ce problème est résolu par le fait que le capteur è faible inertie d'angle de rotation,d'éléments et de dispositifs autour de leurs propres axes, contenant un miroir fixé sur un axe, une source de faisceaux de lumière collimatée, reliée optiquement au miroir fixé sur l'axe, un prisme à réflexion totale, deux éléments photo-électriques à charge commune connectés différentiellement et reliés optiquement au miroir fixé sur l'axe par le prisme à réflexion totale, un amplificateur de tension continue branché à la charge commune des deux éléments photo-électriques connectés différentiellement, selon l'invention ledit capteur comprend un galvanomètre muni d'un miroir fixé à l'aide d'un porte-miroir sur le cadre mobile du galvanomètre et tournant avec ce cadre mobile, ledit miroir étant aussi relié au miroir fixé sur l'axe, le galvanomètre étant placé au voisinage du miroir fixé sur l'axe, pour élargir la gamme des angles de rotation des éléments et des dispositifs à leurs propres axes, que l'on mesure, et le cadre mobile du galvanomètre étant raccordé à la sortie de l'amplificateur de tension continue. L'emploi du capteur à faible inertie d'angle de rotation, des éléments et des dispositifs par rapport à leurs propres axes, permet de réaliser la transformation linéaire de l'angle de rotation en signal électrique pour des angles de rotation de l'ordre de + 30 i 70 L'invention est explicitée ci-dessous par la description d'un exemple d'exécution et par les dessins annexés,dont la fig. 1 représente le circuit optique et électrique du capteur à faible inertie, suivant l'invention la fig. 2 représente la partie optique du montage du capteur à faible inertie d'angle de rotation donnée en isométrie, suivant l'invention. Le capteur à faible inertie d'angle de rotation, d'éléments et de dispositifs par rapport à leurs propres axes, comprend un miroir 1 (fig.i) fixé sur un axe 2, une source d'un pinceau de lumière collimatée 3 reliée optiquement au miroir 1 fixé sur l'axe 2, un galvanomètre 4 muni d'un miroir 5 fixé par un support 6 sur un cadre mobile 7 du galvanomètre 4 et tournant avec ledit cadre mobile 7, ce miroir étant mis dans le champ homogène d'un aimant permanent 8 et relié optiquement au miroir 1 fixé sur l'axe 2, le galvanomètre 4 étant placé au voisinage du miroir I fixé sur l'axe 2 pour élargir la gamme des angles de rotation des éléments et des dispositifs par rapport à leurs propres axes, à mesurer. Le capteur à faible inertie possède aussi un prisme 9 taillé sous l'angle critique, deux éléments photo-électriques 10, il connectés différentiellement et éclairés par le pinceau lumineux venant de la source 3 de faisceau de lumière collimatée réfléchi du miroir 1 et ayant passé par le prisme 9, une source 12 de tension continue avec point milieu auquel sont branchées deux élé- ments photo-électriques 10, li connectés différentiellement et chargés sur un potentiomètre commun 13 destiné à légalisation de la pente -de conversion des éléments photo-électriques 10, 11, et une résistance 14 branchée au curseur 15 du potentiomètre 13 ainsi qu'au point milieu de la source 12 de tension continue. te potentiomètre 13 et la résistance 14 forment la charge commune des deux éléments photo-électriques 10, Il connectés dif férentiellement. A la charge commune des deux éléments photo-électriques 10, 11 connectés différentiellement, on raccorde un amplificateur 16 de tension continue comprenant un amplificateur opérationnel 17 avec un circuit d'entrée de correction d'amplitudes et de phases relié à la résistance 14 et contenant des résistances 18, 19, 20, 21 et des condensateurs 22, 23, et avec une résistance 24 et un condensateur 25 dans le circuit de réaction. L'amplificateur 16 de tension continue comporte aussi un amplificateur opérationnel 26 avec une résistance 27 dans le circuit d'entrée, branchée à la sortie de l'amplificateur opération ncl 17, et avec une résistance 28 dans le circuit de réaction. On branche le cadre mobile 7 du galvanomètre 4 et un voltmètre 29 à la sortie de l'amplificateur 16 et il y a une sortie 30 de tension proportionnelle à l'angle de rotation de l'axe 2. Le capteur à faible inertie, d'angle de rotation d'éléments et de dispositifs, selon l'invention, fonctionne de la façon suivante. Le pinceau de lumière collimatée venant de la source 3 est réfléchi par le miroir 1 fixé sur l'axe 2 et arrive au miroir 5 du galvanomètre 4. Le miroir S renvoie le pinceau de lumière au miroir 1. Le pinceau de lumière est réfléchi une deuxième fois par le miroir 1 et tombe sur le prisme 9 à réflexion totale taillé sous l'angle critique. En position initiale (zéro) de l'axe 2, le faisceau de lu trière collimatée est réfléchi dans le prisme 9 et revient dans le sens inverse, les éléments photo-électriques 10, 11 ne sont pas éclairés. En cas de rotation de l'axe 2 d'un certain angle, une partie du pinceau lumineux passe par le prisme 9 et arrive à l'élément photo- & ectrique 10 ou il, suivant la direcetor do rotation de l'axe 2. Pour une neilleure explication, on a représenté en isométrie le passage du faisceau lumineux de la source 3 aux éléments photo-électriques 10, 11, sur la fig. 2. Une tension proportionnelle au photocourant de l'élément photoélectrique éclairé 10 ou Il apparat sur la résistance 14. Cette tension est amplifiée par l'amplificateur 16 de tension continue réalisé avec les amplificateurs opérationnels 17 et 26 et s'appli- que au cadre mobile 7 du galvano btre 4.Sous l'action de cette tension un courant passe par le cadre mobile ï du galvanomètre 4 et ce courant, en interaction avec le champ homogène de l'aimant permanent 8, forme un couple mécanique sous l'action duquel le cadre mobile, et avec celui-ci le miroir 5, du galvanomètre 4 tourne dans le sens de la diminution de l'angle d'écart entre le miroir 5 et le miroir 1, c'est-b-dire qu'il se produit un asservissement de l'angle de rotation du miroir 1 et, en conséquence, de l'axe 2. Les éléments photo-électriques 10, 11, 1'amplificateur 16 de tension continue et le galvanomètre 4 font partie du circuit de réaction par lequel passe le signal de l'angle d'écart entre le miroir 1 et le miroir 5.L'angle d'écart entre le miroir 1 et le miroir 5 est inférieur, à l'angle d'écart de la position initiale, de (k+1) fois, k étant le gain d'amplification du circuit de réaction. Le gain d'amplification k" a une valeur de l'ordre de quelques milliers et de ce fait l'instabilité éventuelle de la source de lumière n'influe pratiquement pas sur l'exactitude des mesures. La gamme des angles que l'on mesure se détermine par les dimensions du miroir 1 et du miroir 5 et aussi par la distance entre eux et c'est pour cette raison que l'on place le galvanomètre 4 tout près du miroir 1. La gamme des angles que l'on mesure a une valeur de l'ordre de+ 30à+ 7 . La linéarité de la caractéristique du capteur se définit par la linéarité du galvanomètre 4. L'angle de rotation du miroir 5 est proportionnel à la tension appliquée à l'équipage mobile 7 du galvanomètre 4 et mesurée par le voltmètre 29 gradué en valeurs d'angles. Pour le branchement des autres dispositifs de mesure et de contrôle, on prévoit une sortie 30 de l'amplificateur 16 de tension continue dont la tension est proportionnelle à l'angle de rotation du miroir 5 et, par conséquent, est proportionnelle à l'angle de rotation de l'axe 2. Le circuit de correction d'amplitudes et de phases comprenant les résistances 18, 19, 20, 21 et les condensateurs 22, 23 et le circuit de correction d'amplitudes et de phases comprenant la résistance 24 et le condensateur 25 contribuent à une meilleure qualité de l'asservissement,par le miroir 5 du galvanomètre 4, de l'angle de rotation du miroir 1 fixé sur l'axe 2. Le capteur à faible inertie d'angle de rotation, des éléments et des dispositifs par rapport à leurs propres axes, considéré, permet d'effectuer une transformation linéaire des angles de rotation en signal électrique pour une gamme d'angles de rotation supérieure ou égale à 3 degrés et avec un haut pouvoir de résolution. Comme il va de soi, et comme il résulte d'ailleurs de ce qui précède, l'invention ne se limite nullement à ceux de ses modes d'application et de réalisation qui ont été plus particulièrement envisagés ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes. REVENDICATION Capteur à faible inertie d'angle de rotation des éléments et des dispositifs par rapport à leurs propres axes contenant un miroir fixé sur l'axe, une source de faisceaux de lumière collimatée reliée optiquement au miroir fixé sur l'axe, un prisme à réflexion totale, deux éléments photo-électriques à charge commune connectés différentiellement et reliés optiquement, par le prisme à réflexion totale, au miroir fixé sur l'axe, un amplificateur de tension branché à la charge commune des deux éléments photo-électriques connectés différentiellement, caractérisé en ce qu'il comporte un galvanomètre muni d'un miroir fixé par un support sur le cadre mobile du galvanomètre et relié optiquement au miroir fixé sur l'axe, le galvanomètre étant placé au voisinage du miroir fixé sur l'axe pour élargir la gamme des angles de rotation, des éléments et des dispositifs par rapport à leurs propres axes, que l'on mesure, le cadre mobile du galvanomètre étant raccordé à la sortie de l'amplificateur de tension continue.