Brevet FR2367290A1 — publié le 19780505

La présente invention est relative à la détermination de la distance entre des corps1 et elle concerne plus particulterement bien que non exclusivement un appareil pour mesurer la distance afin de fournir un avertissement d'une entrée en contact ou collision imminente entre ces corps. L'invention a pour objet un procédé pour déterminer la dis- tance entre des corps, suivant lequel on émet par rayonnement à partir de l'un des corps un signal dont la fréquence est balayée sur une plage choisie, on fait battre les fréquences des signaux provenant respectivement de ceux émis vers l'autre corps et de ceux réfléchis par celui-ci et l'on convertit la fréquence de battement résultante afin de produire une indication de la position du corps dans l'espace par rapport à la source émettrice. La source, par exemple une antenne, peut être disposée sur l'autre corps ou être disposée dans une position connue dans lles- pace par rapport ce corps. La fréquence de battement est proportionnelle à la distance entre la source de rayonnement et le corps vers lequel le rayonnement est dirigé. La mesure continue de la distance peut donc fournir une indication de la vitesse avec laquelle la distance varie et ainsi peut être utilisée pour prévoir l'imminence d'une collision entre les corps. L'invention a également pour objet un appareil pour détermi- ner la distance entre des corps, caractérisé en ce qu'il comprend une antenne pour émettre à partir de l'un des corps un signal dont la fréquence est balayée sur une plage choisie, et pour recevoir un signal réflechi par l'autre corps, un mélangeur pour faire battre les fréquences des signaux provenant respectivement de ceux émis vers le corps et de ceux réfléchis par celui-ci,ainsi que des moyens pour convertir la fréquence de battement résultante afin de produire une indication de la distance entre le corps et l'antenne. L' antenne peut être prévue sur le premier corps, qui peut être fixe ou mobile, ou peut être disposée dans une position choisie et connue dans l'espace par rapport au premier corps. D'une façon appropriée, la vitesse de variation de la distance est automatiquement fournie par une differenciation du signal de fréquence de battement résultante obtenu du mélangeur. Le signal différentié représente la vitesse avec laquelle les corps s appro- chent l'un de l'autre. Suivant un mode de réalisation préféra de l'invention1 le signal de vitesse est utilisé pour calculer la distance minimale sur laquelle un corps peut décelerer, avec une vitesse connue, afin d'éviter une collision avec l'autre corps. Dans un agencement particulier ce résultat est obtenu en élevant au carré le signal de vitesse dans un générateur classique d'élévation au carré afin de fournir une fonction de la formule générale v = u + 2fs, où v et u sont respectivement les vitesses mesurées et d'impact, f est la décélération maximale du corps mobile, et s est la distance minimale prévue sur laquelle on obtient la vitesse d'impact. Suivant un mode de réalisation de l'invention, la vitesse d'impact est supposée être nulle de sorte que la distance minimale avec l'impact peut être calculée comme étant le quotient de 2 v par 2f. Le quotient peut provenir d'un calculateur quelconque de type bien connu dans la technique, qui est sensible au signal 2 v avec un signal pré-réglé représentant la décélération maximale qui peut être atteinte par le corps mobile. De préférence, cependant, le calculateur est également agencé pour répondre à un signal représentant une vitesse d'impact u ou une distance d'impact s, qui est supérieure à zérolde façon a établir une marge de sécurité dans la distance minimale nécessaire pour empêcher la collision. Cependant, dans un mode de réalisation préféré, le calculateur est agencé en outre, pour répondre a un signal provenant du mélangeur et représentant la distance entre les corps de façon à produire une sortie lorsque le signal calculé"de distance dtimpact" est égal ou inférieur a la distance instantanée entre les corps. Dans ce cas, la sortie du calculateur peut être utiliséepour actionner un dispositif avertisseur approprié optique ou acoustique afin de fournir un avertissement clair d'une collision imminente. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaitront au cours de la description qui va suivre faite en se ré férant au dessin annexé donné uniquement a titre d'exemple et dans lequel la Fig. unique est un schéma synoptique d'un apparell fournissant an avertissement d'une collision imminente par exemple entre deux grues mobiles. En se référant au dessin, l'appareil comprend une antenne en cornet 2 qui est montée sur l'une de deux grues (non représentées), ou qui est agencée de façon a se déplacer avec cette grue, les grues pouvant entrer en collision si elles ne sont pas conduites de façon appropriée. Antenne 2 forme l'une des extrémités d'une section 4 d'un guide d'ondes rectangulaire qui est couplé par son autre extrémité a un oscillateur a cavité 6. L'oscillateur à cavité 6 comprend une diode 8 du type à effet Gunn fournissant un faible signal de sortie permanent dans la bande de 13,5 a 14,0 GHz. La fréquence de sortie de la cavité est balayée au moyen d'une diode varactor 10 qui est couplée avec la cavité 6 et qui est commandée par une entrée sinusoidale å 250 Hz provenant d'un modulateur 12. La fréquence de sortie balayée provenant de l'oscillateur est émis par l'antenne en un faisceau étroit en direction d'une grue mobile et réfléchi par cette grue suivant le trajet incident en revenant a l'antenne et dans la cavité. Les signaux émis et réflêchis sont reçus par la diode I effet Gunn qui produit un mélange en raison de ses propriétés non linéaires. La somme des fréquences soumises à ce battement, et qui dans ce mode de réalisation est de l'ordre de 30 GHz1 est filtrée comme le sont les fréquences fondamentales émise et réfléchie Cependant, la fréquence de battement traverse un filtre et apparaît sous la forme d'une modulation de faible amplitude du courant continu de polarisation de la diode Gunn elle-même. Ce courant de modulation peut être enlevé au moyen d'une résistance montée en série avec l'alimentation en courant de la diode. Une difficulté que l'on rencontre dans un tel agencement provient du fait qu'il faut augmenter la valeur de la résistance série jusqu'S une valeur suffisamment grande pour produire une chute de tension qui est appropriée pour une mesure précise. Or, une résistance excessive nécessiterait des tensions d'alimentation élevées et tendrait à produire une instabilité résultant des caractéristiques d'impédance négative de la diode Gunn. Pour surmonter cette difficulté, la diode Gunn est alimentée en courant par l'intermédiare du circuit émetteur d'un transistor qui constitue une source de tension constante I faible impédance et permet de choisir des conditions optimales de fonctionnement. Le dispositif 12 I charge d'émetteur ainsi réalisé permet de détecter de faibles variations du signal dans le courant de polarisation de la diode au moyen d'une bobine d'arrêt branchée en série dans le circuit collecteur. Le signal apparaissant aux bornes de la bobine d'arrêt est couplé capacitivementa un atténuateur 14 de commande de tension agissant pour fournir un certain degré de commande automatique de gain et éviter-ainsi une surcharge possible des autres éléments du circuit de l'appareil. a tension de sortie commandée provenant de l'atténuateur 14 est applique I un amplificateur principal 16 dont la sortie est appliqueu 3 un circuit conformateur 18 formé par un basculeur de Schmitt tu moyen d'un couplage CR choisi de façon à compenser partiellemeat oute chute de llasplitude du signal produite par une augmeritation de la distance entre l'antenne 2 et le corps vers lequel est émis le signal de fréquence balayé.L'onde carree de sortie du basculeur 18 est limitée en niveau par deux diodes de Zener il disposées en tête-bêche et est ensuite différen- ciée par un réseau CR pour commander un dispositif de pompage 20 de charge. Le dispositif de pompage 20 comprend une capacité d'intégration aux bornes due laquelle est développée une tension de courant continu dont l'amplitude est directement proportionnelle I la fréquence du signal d'entrée. La fréquence du signal d'entrée est la fréquence de battement provenant de la cavité 6 et cette fréquence est donc proportionnelle å la distance entre l'antenne 2 et la grue sur laquelle est dirigé le rayonnement. Dans le cas où l'antenne est montée sur l'autre grue, la sortie de courant continu provenant du dispositif de pompage 20 est proportionnelle à la distance entre les grues et peut être appliquée å un dispositif de lecture quelconque approprié au moyen d'un amplificateur tampon 22.Pour obtenir un avertissement d'une collision imminenter lié aux propriétés connues de décélération d'une ou des deux grues, le signal "de distance" provenant de l'amplificateur 22 et différencie dans un circuit différenciateur 24 afin de fournir un signal représentant la vitesse avec laquelle les grues s approchent l'une de l'autre (ou s'éloignent l'une de l'autre suivant le cas).Le signal de vitesse provenant du différenciateur 24 est appliqué aux deux entrées X et Y d'un générateur d'élévation au carré constitué par un multiplicateur analogique 26, pour engendrer un terme de vitesse au carré (v) de la formule 2 2 générale 32 = u + 2Es où v est la vitesse relative instantanée des grues, u est la vitesse d'impact choisie et s est la distance CL laquelle est obtenue la vitesse d'impact pour la décélération f maximale possible. Ben qu'une distance de sécurité s puisse être calculée sur l'hypothese d'une vitesse d'impact nulle, on tient compte d'une marge de sécurité en introduisant une distance de quasiimpact de (s - s) dans l'équation générale. Le terme x est obtenu sous forme d'une tension prédétermi- née provenant d'un potentiomètre 28 et ce terme est introduit dans 2 un comparateur 30 agencé également pour recevoir la sortie v provenant du multiplicateur analogique 26 au moyen d'un potentiomètre 32 qui agit pour introduire le signal représentant la dbcélé- ration maximale f. Dans ce mode de réalisation, le comparateur 30 reçoit également le signal de tension de "distance" provenant de l'amplificateur tampon 22 de façon I produire une sortie lorsque v2 est supérieur I 2 (s - x). f Un dispositif 32 de commande d'alarme sensible I une sortie provenant du comparateur 30 est agencé pour commander le relais 34 qui permet l'excitation d'un dispositif optique ou acoustique agissant pour signaler une collision imminente Une porte 36 de bande maximale avec un détecteur 38 de niveau de signal inhibent le fonctionnement du comparateur lorsque le signal réfléchi reçu par l'antenne 2 est trop faible pour fournir une indication de distance correcte. On remarquera que bien que l'invention ait été décrite en référence I 1'obtention dlun avertissement d'une collision tmmi- nente entre deux grues, elle peut fournir un avertissement d'une collision imminente, d'un contact ou dlune distance minimale entre deux corps quelconque se déplaçant l'un par rapport a lsautret par exemple d'un bateau ayant une décélération connue et entrant dans un port. On comprend également que bien que l'invention ait été décrite en référence I l'établissement d'une information d'une collision imminente, elle est également utilisable comme dispositif purement destiné I l'évaluation de la distance efficace pour fournir une lecture de la distance entre deux corps mobiles llun par rapport a l'autre ou fixes. REVENDICATIONS 1 - Appareil pour déterminer la distance entre des corps caractérisé en ce qu'il comprend un oscillateur pour engendrer un signal dont la fréquence est balayée sur une plage choisie, une antenne pour émettre le signal vers un corps et pour recevoir un signal réfléchi par ce corps, un mélangeur pour faire battre des signaux provenant respectivement de ceux émis vers le corps et de ceux réflechis par celui-ci, et des moyens pour dériver de la fréquence de battement résultante une indication de la distance entre le premier corps et antenne. 2 - Appareil suivant la revendication 1, caractérisé en ce que l'antenne est prévue sur l'autre corps ou placée à une position quelconque connue dans ltespace par rapport à l'autre corps. 3 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que l'oscillateur comprend une cavité comportant une diode a effet Gunn. 4 - Appareil suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la fréquence de sortie de ltoscillateur est balayée par une diode varactor couplée à la cavité de ltoscillateur et commandée par une source de tension variable 5 - Appareil suivant la revendication 4, caractérisé en ce que la source de tension variable est un oscillateur. 6 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications 3, 4 et 5, caractérisé en ce que le courant de commande pour la diode Gunn est dérive d'une source de tension constante à faible impédence. 7 - Appareil suivant la revendication 6, caractérisé en ce que la source de tension constante est un circuit à transistor monté en circuit à charge d'9emet*eur 8 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la sortie de l'oscillateur est balayée sur la plage de 13,5 à 14,0 GHz. 9 - Appareil suivant l'une quelconque des revendications prlecXden*esZ caractérisé en ce qu'un différenciateur agit sur la sortie du mélangeur pour fournir un signal représentant la distance ce ou la vitesse d'approche des corps. 10 - Appareil suivant la revendication 9, caractérisé en ce qu'un circuit d'élèvation au carré agit sur le signal de vitesse pour produire un facteur dans l'équation V = u + 2fs où v et u sont respectivement les vitesses relatives mesurée et d'impact, f est la décélération maximale possible du corps mobile, et s est la distance minimale prévue sur laquelle la vitesse d'impact est atteinte. 11 - Appareil suivant la revendication 10, caractérisé en ce qu'un circuit de conversion de signal sensible à la sortie du circuit d'élèvation au carré et aux sorties des générateurs produisant des signaux représentant respectivement les fonctions u2 et f, produit un signal représentant la distance minimale prévue sur laquelle peut être atteinte une vitesse choisie d'impact. 12 - Appareil suivant la revendication 11, caractérisé en ce que le circuit de conversion de signal est sensible également à la distance entre les corps de sorte que le signal de sortie indique le moment où la distance prévue pour l'impact entre les corps est au moins égale à leur distance instantanée. 13 - Appareil suivant la revendication 12 caractérisé en ce que la sortie provenant du circuit de conversion de signal commande un avertisseur. 14 - Appareil suivant la revendication 13, caractérisé en ce que l'avertisseur fournit une sortie acoustique ou optique. 15 - Procédé pour déterminer la distance entre des corps, caractérisé en ce que l'on émet à partir d'un corps un signal dont la fréquence est balayée sur une plage choisie, on fait battre les signaux dérivés respectivement de ceux émis vers l'autre corps et de deux réfléchis par ce corps et l'on dérive de la fréquence de battement résultante une indication de la position dans ltes- pace du corps par rapport à la source d'émission de rayonnement.