Brevet FR2312766A1 — publié le 19761224

La présente invention concerne un dispositif de mesure de l'énergie lumineuse rayonnée par un objet éloigné en mouvement, comportant des moyens de mesure de la distance, des moyens de mesure de 1 'énergie lumineuse reçue et des moyens de traitement des valeurs mesurées. On sait que la mesure de l'énergie lumineuse rayonnée par un objet éloigné nécessite une mesure de l'éclairement reçu de cet objet et la connaissance de la distance séparant l'objet de l'appareil de mesure d'éclairement, qui est le plus souvent une surface photométrique. On connait des dispositifs susceptibles de mesurer l'énergie lumineuse rayonnée par un objet situé a une distance fixe et connue, par exemple les photo mètres a cellules photosensibles. Cette mesure devient difficile lorsque l'objet est en mouvement rapide, surtout si la lumiere émise est éphémère, comme c'est le cas notamment lors de la combustion d'artifices propulsés par des fusées tirées du sol ou larguées en altitude par un aéronef. Les dispositifs connus de mesure de distance par détection d'échos électromagnétiques (radar) ne conviennent pas dans ce cas, car la surface de l'objet n'est pas bien définie. Par ailleurs, les mesures de triangulation au moyen de systèmes du type théodolite de poursuite ne conviennent pas lorsque la durée de l'émission de lumiere est très courte. L'invention a notamment pour but d'éviter les inconvénients des dispositifs connus menti nés cidessus et de fournir des moyens de mesure de l'énergie lumineuse rayonnée par un objet éloigné en mouvement, en particulier dans le cas d'objets en mouvement rapide dans l'espace, émettant une lumière de courte durée. Un autre but de l'invention est de fournir un dispositif permettant de connaître la variation, en fonction du temps, de l'énergie lumineuse rayonnée par un objet éloigné en mouvement rapide. Selon l'invention, le dispositif de mesure de l'énergie lumineuse rayonnée par un objet éloigné en mouvement rapide, comportant des moyens de mesure de la distance, des moyens de mesure de l'énergie lumineuse reçue et des moyens de traitement des valeurs mesurées, est remarquable principalement en ce qu'il comporte a) Deux éléments de détection optique périodique de la direction du dit objet, placés a distance l'un de l'autre et recevant de la lumière du dit objet. b) Un élément photosensible éclairé par le dit objet et placé a proximité de l'un des dits éléments de détection. c) Des moyens d'échantillonnage de la mesure de la lumière reçue du dit objet par le dit élément photosensible, en synchronisme avec les instants de détection de direction de l'un des deux éléments de détection. Les deux éléments de détection périodique de la direction, recevant la lumière émise par l'objet, permettent de déterminer la distance par triangulation. Les deux éléments de détection étant disposés a une distance "a" l'un de l'autre, correspondent à la base d'un triangle fictif dont l'objet constitue le sommet et la distance "d" qui sépare l'objet d'un élément de détection peut être calculée en appliquant la formule usuelle de résolution des triangles quelconques 9 1 et 2 étant les angles a la base du triangle, correspondant respectivement au premier et au second élément de détection, angles déterminés grâce a ces deux éléments. La mesure des angles t etvP 2 étant périodique, il est possible avec une fréquence de mesures suffisante d'évaluer les distances successives auxquelles se trouve l'objet lumineus en mouvement, par rapport a l'élément photosensible placé à proximité de l'élément de détection de direction de l'angle vP t. La mesure de la lumière reçue de l'objet étant faite par échantillonnage en synchronisme avec la détection de direction, le dispositif obtient au même instant une mesure des facteurs permettant de calculer la distance et une mesure de l'éclairement, ce qui permet a tout instant d'en déduire l'énergie lumineuse émise par par exemple, dans le cas d'un objet se comportant comme une source lumi- neuse isotrope, on peut appliquer la forme connue E = 4h e.d2 dans laquelle E est l'énergie lumineuse rayonnée par l'objet, e est l'éclairement reçu par l'élément photosensible, d est la distance de l'objet a l'élément photosensible, sensiblement égale a la distance de l'objet au premier élément de détection, le coefficient 4k caractérisant l'isotopisme de la source lumineuse constituée par l'objet. La définition précise de la source n'est plus déterminante comme dans le cas des systèmes radar, le dispositif utilisant la réception de la lumiere émise et non une réflection sur l'objet. Le synchronisme et la répétition périodique de la détection de direction et de la mesure photométrique permettent, avec une fréquence appropriée des mesures lors d'émissions lumineuses très brèves. Selon une forme de réalisation préférentielle, le dispositif comporte deux analyseurs à optique collimatrice, miroir tournant et éléments photodétecteurs, délivrant chacun, à chaque tour, une impulsion de référence de direction et une impulsion de détection de direction de l'objet lumineus. L'impulsion de référence de direction détermine une direction de référence, elle est obtenue par exemple au moyen d'une source de lumière auxiliaire dirigée vers chacun des miroirs et située par rapport a ce dernier dans une direction déterminée qui peut être celle de la base du triangle constitué par l'objet et les deux analyseurs. Dans le cas d'une vitesse de rotation constante de chacun des deux miroirs, l'angle déterminé par la direction de référence et la direction de l'objet est proportionnel au temps s'écoulant entre une impulsion de référence et une impulsion de direction, temps qui peut être mesure par des moyens connus. Les impulsions sont délivrées par les analyseurs, par exemple sous forme de signaux électriques, de courant ou de tension, tels qu'ils peuvent être traités dans les circuits électroniques, microcircuits, circuits intégrés ou autres. Avantageusement, le dispositif comporte pour chaque analyseur, un élément de comptage des impulsions d'une horloge, comprises entre la dite impulsion de référence et la dite impulsion de détection de direction de l'objet. Si par exemple l'horloge délivre un nombre d'impulsions par tour de miroir égal a 360, le nombre mesuré indique l'angle en degré ; si l'horloge délivre 21600 impulsions par tour de miroir, la valeur de l'angle est obtenue directement en minutes d'angles. Dans un mode avantageux de réalisation les impulsions d'horloge sont commandées par la rotation des miroirs tournants. Cet asservissement permet de rendre la mesure d'angle indépendante de la vitesse de rotation des miroirs tournants. Cet asservissement est réalisé avantageusement en commandant les impulsions d'un générateur électronique par la tension fournie par une dynamo tachymétrique associée au moteur d'entrainement du miroir correspondant. De préférence, la vitesse du moteur d'entrainement de chaque miroir est sensiblement constante, ce qui améliore encore la précision des mesures. Dans sa forme préférentielle de réalisation, le dispositif comporte un échantillonneur relié d'une part à l'élément photosensible, d'autre part a l'élément photodétecteur de l'un des éléments de détection de direction et transmettant l'information délivrée par le dit élément photosensible aux instants déterminés par l'impulsion de direction dudit élément photodétecteur.La valeur instantanée de l'éclairement reçu par l'élément photosensible est prélevée aux instants précis déterminés par les impulsions de direction de l'un des éléments de détection servant a déterminer la distance de l'objet : il est ainsi possible de calculer avec précision la valeur de l'énergie lumineuse émise, connaissant a la fois l'éclairement du récepteur et la distance, au meme instant et cela un nombre de fois suffisant pendant l'émission lumineuse. Le dispositif suivant l'invention peut comporter un convertisseur analogique digital, relié d'une part a l'élément photosensible, d'autre part a une mémoire recevant par ailleurs les informations des éléments de comptage précités. La conversion en valeurs digitales du signal délivré par l'élément photosensible permet une mise en memoire par les méthodes classiques en métrologie électronique. Chaque valeur numérique correspondant a une information de mesure de lumiere est associée dans la mémoire a deux autres valeurs numériques, correspondant aux angles des directions de l'objet. Pour sa mise en mémoire l'adressage de chaque information digitale est avantageusement commandé par les impulsions délivrées par le photodétecteur de direction d'un analyseur, les mesures étant faites selon une séquence continue dont le début et la fin sont liés a la présence des dites impulsions de direction. Il est ainsi possible de limiter au strict nécessaire la durée de chaque sequence et, selon la capacité de la mémoire, de procéder à plusieurs séquences de mesures successives de différentes émissions d'objets lumineux. De préférence chaque analyseur comporte un filtre optique placé sur le trajet du faisceau lumineux émis par l'objet, afin d'éliminer la lumière ambiante susceptible de perturber les mesures photométriques. Le filtre est par exemple un filtre sélectionnant une bande infra-rouge située au maximum de sensibilité de l'élément photosensible, ce qui permet d'obtenir une réponse d'intensité maximale. Selon une forme de réalisation particulière, le dispositif comporte plusieurs cellules photosensibles munies de filtre passe-bande échelonnés permettant l'analyse spectrale de la lumière émise par l'objet. D'autre part, dans une forme de réalisation préférentielle, l'impulsion de référence de direction est obtenue pour chaque analyseur au moyen d'une source lumineuse auxiliaire fixe et d'un disque à fente tournant avec le miroir, dont la position angulaire par rapport à ce dernier est ajustable, et par conséquent par rapport à la droite fictive joignant les deux analyseurs. I1 est ainsi possible de réduire le nombre d'impulsions d'horloge, entre le signal d'impulsion de référence et le signal d'impulsion de direction, en déplaçant angulairement le disque par rapport au miroir d'un angle déterminé qui est ajouté comme une constante aux différents angles mesurés. Le dispositif selon l'invention est applicable dans tous les cas où il est nécessaire de mesurer l'intensité lumineuse d'une source éloignée, en mouvement rapide, en particulier dans le cas d'une émission de lumière brève. Le dispositif est notamment adapté à la mesure de l'énergie lumineuse, ainsi qu'à l'observation du spectre lumineux, émis lors de la combustion d'artifices propulsés soit par des fusées tirées du sol, soit largués en altitude par des aéronefs. La description qui va suivre, en regard des dessins annexés, fera bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. La figure 1 est un schéma de la mesure de distance par triangulation. La figure 2 est un schéma synoptique d'un dispositif complet de mesure. La figure 3 est une vue schématique d'un analyseur. La figure 4 est un schéma de principe de l'électronique du dispositif de la figure 2. Sur la figure 1, l'objet lumineux dont on veut mesurer l'émission pendant sa courte durée, est représenté en 4 ou il se trouve a un certain moment de sa trajectoire. Deux miroirs tournants des analyseurs du dispositif sont en 2 et 3. Un élément photosensible est placé en 1 à proximité du miroir 2. La mesure de l'angle cl 1 fait par la direction de l'objet vu par le miroir 2 et la base du triangle 2, 3, 4 et celle de l'angle ç 2 fait par la direction de l'objet vu par le miroir 3 et la base du triangle 2, 3, 4 permettent de calculer la distance d en appliquant la formule connue "a" étant la distance entre les deux miroirs tournants. Le dispositif selon l'invention dont la figure 2 constitue schéma synoptique comprend un élément photosensible II, un premier élément de détection de direction I2, un second élément de détection de direction I3, un premier convertisseur 15 recevant des informations de direction de l'élément I2 et un second convertisseur I6 recevant des informations de direction de l'élément I3, un échantillonneur I4 recevant une information photométrique de l'élément II, prélevant cette information aux instants déterminés par l'élément I3, par l'intermédiaire du convertisseur I6 et transmettant cette information échantillonnée à une mémoire I7 qui reçoit par ailleurs les informations de direction des convertisseurs I5 et I6. La figure 3 représente schématiquement un ensemble analyseur tel que le dispositif en comporte deux identiques. Cet analyseur est constitué par un miroir tournant 21 dont l'axe de rotation 31 passe par le plan réflection, un disque 25 monté sur le même axe que le miroir 21 et présentant une fente 26, un moteur d'entrainement 29, une dynamo tachymêtrique 30 accouplé au moteur 29 et délivrant une tension proportionnelle a sa vitesse de rotation, une optique collimatice 23 dont l'angle d'ouverture permet de voir l'objet 4 et qui envoie le faisceau de lumière reçue sur le miroir 21, un filtre 24 sélectionnant une bande spectrale correspondant au maximum de sensibilité d'une cellule photodétectrice 22 qui reçoit, a chaque tour de miroir la lumière issue de l'objet 4 réfléchie par le dit miroir, une source auxiliaire 27, qui peut etre a incandescence ou électro-luminescente ou autre, une seconde cellule photodétectrice placée en regard de la source 27 de façon que la fente 26 du disque 25 provoquè une impulsion lumineuse sur cette cellule à chaque tour de disque. Les impulsions lumineuses sur la cellule 28 produisent des impulsions de référence qui déterminent, en rapport avec les impulsions lumineuses reçues par la cellule 22, des angles successifs définissant la direction de l'objet. La position de la fente 26 par rapport au plan du miroir 21 est de préférence ajustable, de façon à décaler au besoin l'origine angulaire de la mesure des angles successifs sous lesquels est vu l'objet 4, ce qui permet d'améliorer la précision relative des mesures. Sur la figure 4, on a représenté les principaux éléments du schéma électronique du dispositif. Sur ce schéma la cellule photodétectrice de référence d'un analyseur est en 41 et la cellule photodétectrice de direction du même analyseur est en 42. Le signal électrique délivré par la cellule 41 est amplifié en 43 et mis en forme par une bascule monostable 44. Le signal électrique délivré par la cellule 42 est amplifié en 45 et mis en forme par une bascule monostable 46. Une bascule bistable 47 fournit un signal rectangulaire dont la durée est commandée par les monostables 44 et 46. Un générateur d'impulsions d'horloge 48, asservi à la rotation du miroir de l'analyseur qui comprend les cellules 41 et 42, envoie ses impulsions vers un compteur 49 par l'intermédiaire d'une porte logique 50, autorisant la transmission de ces impulsions pendant la durée du signal fourni par la bascule 47. Le compteur 49 est remis à zéro, après transfert de ses informations dans un ensemble mémoire 61, grace à la bascule 44. Le dispositif comporte un second analyseur, identique à celui dont les éléments viennent d'être spécifiés, et comportant de même une cellule de référence 51, une cellule de direction 52, des amplificateurs 53 et 55, des bascules monostables 54 et 56, une bascule bistable 57, un générateur 58, une porte logique 60 et un compteur 59, les informations de ce dernier étant transférées de même à la mémoire 61. Dans l'exemple décrit, le dispositif comprend deux cellules photométriques 62 et 63, munies de filtres passe-bande différents. Il va de soi que le dispositif peut comporter un nombre quelconque de cellules photométriques. Les signaux délivrés par les cellules 62 et 63 sont amplifiés en 64 et 65 et envoyés dans un multiplexeur 66. Le niveau d'éclairement des cellules 62 et 63 étant variable dans de fortes proportions on peut utiliser pour chaque cellule, des amplificateurs à gains échelonnés attaqués en fonction des niveaux d'éclairement. Les mesures d'éclairement introduites dans le multiplexeur 66 sont converties en valeurs digitales par un convertisseur analogique digital 67. Des dispositifs d'adressage 68 et 69, déclanchés respectivement par les bascules monostables 46 et 56, provoquent la mise en mémoire des informations des compteurs respectivement 49 et 59 correspondant aux angles, sous lesquels l'objet est vu par les deux analyseurs du dispositif, en même temps que la mise en mémoire des informations issues du convertisseur 67, le multiplexeur 66 étant par ailleurs commandé par un des deux dispositifs d'adressage 68. L'ensemble mémoire 61 reçoit ainsi toutes les informations d'angles et d'éclairement adressées et permet leur traitement, par exemple par un calculateur donnant les valeurs de l'intensité lumineuse, à des instants successifs permettant de tracer une courbe de l'énergie lumineuse en fonction du temps et au besoin, par une intégration, connaître l'énergie lumineuse totale produite par l'objet. Selon la durée du phénomène lumineux, le calcul peut être fait par un procédé en temps réel ou seulement après stockage de toutes les informations concernant une série de mesures. REVENDICATIONS 1.- Dispositif de mesure de l'énergie lumineuse rayonnée par un objet éloigné en mouvement, comportant des moyens de mesure de la distance, des moyens de mesure de l'énergie lumineuse reçue et des moyens de traitement des valeurs mesurées, caractérisé en ce qu'il comporte, a) deux éléments de détection optique périodique de la direction du dit objet, placés a distance l'un de l'autre et recevant de la lumière du dit objet, b) un élément photosensible éclairé par le dit objet et placé à proximité de l'un des dits éléments de détection, c) des moyens d'échantillonnage de la mesure de la lumière reçue du dit objet par le dit élément photosensible, en synchronisme avec les instants de détection de direction de l'un des deux éléments de détection, 2.- Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comporte deux analyseurs à optique collimatrice, miroirs tournants et éléments photodétecteurs, délivrant chacun a chaque tour une impulsion de référence de direction et une impulsion de détection de la direction de l'objet lumineux. 3.- Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2 caractérisé en ce qu' il comporte un échantillonneur relié d'une part à l'élément photosensible, d'autre part à l'un des éléments photodétecteurs et transmettant l'information du dit élément photosensible aux instants déterminés par le dit élément photodétecteur. 4.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 3 caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque analyseur un élément de comptage des impulsions d'une horloge comprises entre la dite impulsion de référence de direction et la dite impulsion de détection de la direction de l'objet lumineux. 5.- Dispositif selon la revendication 4 caractérisé en ce que les dites impulsions d'horloge sont commandées par la rotation des miroirs tournants. 6.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 5 caractérisé en ce que les miroirs tournent à vitesse constante. 7.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce qu'il comporte un convertisseur analogique digital relié d'une part à l'élément photosensible, d'autre part à un ensemble mémoire recevant par ailleurs les informations des dits deux éléments de comptage. 8.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 7 caractérisé en ce qu'il comporte pour chaque analyseur un filtre infra-rouge placé sur le trajet du faisceau lumineux du dit objet. 9.- Dispositif selon l'une des revendications 1 à 8 caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs cellules photosensibles munies de filtres passe-bande échelonnées pour l'analyse spectrale de la lumière émise par le dit objet 10.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 9 caractérisé en ce que la dite impulsion de référence est obtenue pour chaque analyseur au moyen d'une source lumineuse auxiliaire fixe et d'un disque à fente tournant avec le miroir dont la position angulaire par rapport à ce dernier est ajustable.