Brevet FR2428236A1 — publié le 19800104

La présente invention a pour objet un procédé optique de mesure d'un déplacement mécanique résultant de l'action d'une force sur un organe essentiel de commande d'un appareil et son application dans un système de commande automatique, et notamment un procédé optique de mesure de l'effort exercé par la main d'un pilote sur le manche au levier de commande d'un avion. La demande de brevet relative à cette invention entre dans le cadre d'une étude financée par la D. R. E. T. Le procédé selon l'invention consiste à amener une macro-information lumineuse constituée par de la lumière blanche sur un capteurtransducteur par une première fibre optique puis à recueillir directement sur une seconde fibre optique une lumière quasi monochromatique ou micro-information, procédé suivant lequel le capteur précité est muni d'un disperseur mobile angulairement autour d'un axe de rotation, et sensible au moindre déplacement résultant de la force appliquée sur ledit levier de commande, par l'intermédiaire d'un équipage approprié une optique de focalisation étant placée entre les extremités des fibres émettrice et réceptrice d'une part, et le disperseur d'autre part, de façon à faire défiler devant l'extremfté réceptrice, matérialisant un point fixe, une bande spectrale de longueurs d'ondes dans un plan- perpendiculaire à l'axe de la fibre optique réceptrice ; de sorte qu'à chaque longueur d'onde sélectionnée par la fibre optique réceptrice correspond une valeur angulaire représentant un écart par rapport à une position de référence, ledit écart exprimant la valeur à introduire. Cet écart, après transduction opto-électronique permet d'engendrer, en sortie par exemple d'un pilote automatique, une commande de correction de position par exemple sur les gouvernes ou ailerons d'un avion en vue de stabiliser des mouvements de roulis/ou de tangage de l'avion. Un des avantages du procédé est la suppression de tout transducteui intermédiaire au niveau de la détection et de l'acheminement de l'information. D'autres caractéristiques et avantages de 1' invention ressortiront clairement de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préférentiel de l'invention et des dessins annexés dans lesquels - les fig, la, lb et lc représentent vu respectivement de face (fig. la) et de dessus (fig. lb) le schéma de principe du capteur optique selon l'invention; ; la fig. lc montrant le défilement du spectre devant l'ex tremité de la fibre réceptrice, - les fig. 2a et 2b schématisent un mode de montage d'un capteur transducteur optique selon l'invention montrant comment un effort quelconque sur le manche de pilotage 11 en poussée ou en traction provoque une faible rotation d'un disperseur 4, qui a pour effet de déplacer le spectre 5 devant l'extremité d'une fibre optique 2, (voir fig. lc), la longueur d'onde monochromatique recueillie permettant la mesure de l'écart angulaire, - la fig. 3 est un schéma d'architecture d'une chaine de stabilisation d'un axe de tangage et/ou de roulis montrant un montage à jonction à double entrée permettant la comparaison des grandeurs de sortie de deux capteurs selon l'invention, montés en parallèle, - la fig. 4 est un schéma d'application du procédé optique de mesure selon l'invention à la stabilisation et au pilotage automatique par exemple d'un aéronef. On voit, sur la figure la, les extremités de deux fibres optiques référencées 1 et 2, un disperseur 4 et un objectif intermédiaire 3. Le bout de la fibre 1 est situé dans le plan focal de l'objectif 3 de sorte que le parcours optique "aller", va de la fibre optique 1, et le "retour", du disperseur 4 à la fibre 2 réceptrice. Le spectre lumineux produit par réflexion est référencé 5. La figure lb met en évidence les positions relatives des plans terminaux des fibres optiques "aller" et "retour" ainsi que de la bande spectrale 5. Le disperseur 4 est mobile angulairement autour de son axe. Le moindre déplacement angulaire "du " engendre un déplacement linéaire du spectre 5 devant la fibre réceptrice 2 (fig. lc), se traduisant par le défilement des diverses zones du spectre devant le coeur de la fibre réceptrice. Toute valeur de perçue exprime de ce fait un écart par rapport à une valeur de référence correspondant à une position de référence, par exemple un état de vol d'un avion que l'on désire maintenir. Sur les figures Za et 2b on voit respectivement de coté, puis de face, un support 6 maintenant en une position de référence, dite de repos, un tambour 7 par l'intermédiaire d'un équipage de liaison formé de deux plaques 8 et 9 présentant chacune deux zones d'amincissement progressif 13, 14 pour la plaque 8, et 15, 16 pour la plaque 9. Lesdites plaques étant solidaires par leur base du support 6, et par leur sommet du tambour 7. Une tige 10 symbolise le manche ou le levier de commande de l'avion. Cette tige est solidaire du tambour 7 et traverse le support 6 par un évidement 11, de préférence central, mais pas obligatoirement. Le tambour 7, de forme cylindrique porte sur une tige axiale 19 (fig. 2b) le disperseur 4. On peut utiliser de préférence comme disperseur 4, un réseau par réflexion, qui est un réflecteur dont la surface est striée très finement, de l'ordre de 1. 200 traits par mm, ou éventuel lement un prisme. La disposition équilatérale des plaques 8 et 9, en forme de triangle dont le sommet virtuel se trouve confondu avec l'axe 0 du disperseur 4, a pour effet d'engendrer un déplacement angulaire pour de faibles angles de rotation, sans dispersion vis-à-vis dudit point 0. Par instrument de vol, du bloc diagramme de la figure 4, il faut entendre indifféremment : soit un manche de pilotage, soit un gyromètre, soit un accéléromètre ou tout autre instrument analogue. f.o. signifie fibre optique. Le schéma de la figure 3 montre comment en sortie de deux capteurs ou disperseurs 34 et 44, tous deux mobiles autour d'un axe non référencé, deux fibres optiques respectivement 36 et 46 véhiculent l'une une onde monochromatique 2 2, et l'autre une onde monochromatique 7j 1. Ces ondes 3 1 et 712 Z sont envoyées dans une jonction ou mélangeur 47 qui transmet en sortie le mélange des ondes ;I 1 et ?I2 sur un disperseur 50 au moyen d'une fibre optique 48 et d'une optique de focalisation 49, lesdites ondes ;41 et 712 étant restituées sélectivement après passage sur une optique de focalisation 51 et reçues sur une échelle graduée 55 à photodiodes ; la distance t'd" exprimant l'écart entre jl 1 etn2 sur ladite échelle constituant la valeur de la correction à produire sur les gouvernes ou les ailerons en sortie du pilote automatique ou unité centrale. 30 et 40 sont deux sources de lumière à large bande, pouvant etre fournies par une lampe à filament de tungstène, une diode électro-luminescente ou tout autre moyen analogue connu en soi. 31, 33, 35 ; 41, 43, 45 ; 49 et 51 sont des éléments optiques de focalisation : concentrateur, objectifs etc ... 32, 36 ; 42, 46 ; et 48 sont des fibres optiques véhiculant la lumière en aval et en amont des capteurs ; et en aval et en amont du mélangeur. I1 est entendu que l'application du procédé optique de mesure d'un déplacement mécanique résultant d'une force sur un organe essentiel de commande ne se limite pas uniquement à l'aéronautique, mais peut s'étendre à d'autres domaines. A titre d'exemple non limitatif, on peut envisager son application dans des systèmes de commandes automatiques de machines-outils. Le système de captage d'un effort sur le manche de pilotage d'un avion résultant de l'utilisation du procédé optique de mesure selon la présente invention présente les avantages industriels suivants - la méthode de sélection de la longueur d'onde par disperseur optique et captage sur fibre optique ou élément analogue est simple, robuste, sure, très précise et insensible aux écarts de température, - grande fidélité de mesure pour des valeurs angulaires faibles. REVENDICATIONS 1.- Procédé optique de mesure d'un déplacement mécanique résultant de l'action d'une force sur un organe essentiel de commande d'un appareil et son application dans un système de stabilisation et/ou de commande automatique, et notamment procédé optique de mesure de l'effort exercé par la main d'un pilote sur le manche du levier de commande d'un avion, caractérisé en ce qu'il consiste à amener, sur un capteur-transducteur par une première fibre optique, une macro-information lumineuse constituée par de la lumière blanche puis à recueillir directement sur une seconde fibre optique une lumière quasi monochromatique ou micro-information, procédé suivant lequel le capteur précité est muni d'un disperseur mobile angulairement autour d'un axe de rotation, et sensible au moindre déplacement résultant de la force appliquée sur ledit levier de commande, par l'intermédiaire d'un équipage approprié ; une optique de focalisation étant placée entre les extremités des fibres émettrice et réceptrice d'une part, et le disperseur d'autre part, de façon à faire défiler devant l'extrêmité réceptrice matérialisant un point fixe une bande spectrale de longueurs d'ondes dans un plan perpendiculaire à l'axe de la fibre optique réceptrice de sorte qu'à chaque longueur d'onde monochromatique sélectionnée par la fibre optique réceptrice correspond une valeur angulaire représentant un écart par rapport à une position de référence > ledit écart exprimant la valeur à introduire permettant d'engendrer après transduction opto-électronique, en sortie d'un système de stabilisation ou un pilote automatique, une commande de correction de position par exemple sur les gouvernes ou ailerons d'un avion en vue de stabiliser des mouvements de roulis/ou de tangage de l'avion. 2. - Procédé de stabilisation automatique de l'axe de tangage et/ ou de roulis d'un aéronef selon la revendication 1., caractérisé en ce qu'il consiste à comparer la grandeur de sortie d'un capteur d'effort au manche conformément au procédé optique de mesure de la revendication 1., avec la vitesse angulaire exprimée par un gyromètre. 3.- Système de mesure d'une force appliquée à un organe de commande au moyen d'une val eur d'écart angulaire ou analogue, résultant de l'utilisation d'un capteur optique tel que décrit dans la revendication 1, permettant de supprimer l'emploi de transducteur intermédiaire ou de dispositif analogue, ce qui a pour effet de réaliser un système plus fiable et plus compact. 4.- Système de comparaison et/ou d'étalonnage d'un appareil de mesure d'une force appliquée à un organe de commande, caractérisé en ce qu'il comprend un montage en parallèle de deux unités de mesure selon la revendication 3. permettant la comparaison des grandeurs de sortie d'au moins deux capteurs, par exemple d'une grandeur de sortie d'un capteur d'effort au manche et d'une grandeur de sortie d'un capteur de référence actionné en rotation proportionnellement à une vitesse angulaire exprimée par un gyromètre ou par un moyen analogue.