Brevet FR2492106A1 — publié le 19820416

1.- L'invention concerne une installation pour déterminer la caractéristique de passage, notamment la caracté- ristique de passage du centre de gravité, d'un essaim, notamment d'une gerbe de mitraille se déplaçant librement dans une direc- tion de déplacement principale, à travers au moins un plan ima- ginaire de mesure d'orientation connu, notamment perpendiculaire, au moins approximativement, à cette direction de déplacement prin- cipale, De telles installations sont principalement utilisées pour déterminer l'énergie cinétique de l'essaim de particules se déplaçant librement, tel par exemple qu'une gerbe de mitraille, ce pour quoi il est nécessaire pour une masse de particules connue de déterminer aussi exactement que possible la vitesse du centre de gravité de l'essaim en déplacement. Dans une installation connue du type corres- pondant, la charge électrique de la mitraille se déplaçant librement est utilisée pour obtenir un effet de mesure en vue de déterminer le passage du centre de gravité. La gerbe de mi- traille constituant dans un certain sens un nuage de charge en déplacement, délivre, lors de son passage à travers une élec- trode à grille équipée de fines lamelles, une tension suscep- tible d'être prélevée sur cette électrode, cette tension s'éle- vant jusqu'à une valeur maximale lors de l'approche de la gerbe de mitraille, s'abaissant rapidement lors du passage de la gerbe à travers l'électrode à grille, présentant un passage par zéro lors du passage du centre de gravité de la charge, atteignant à nouveau une valeur maximale de polarités opposées aprbs le passage de la totalité de la gerbe à travers l'électrode à grille, et tombant à nouveau lorsque la gerbe s'éloigne. indé- pendarmmnent du fait que lors de la mesure avec cette installa- tion le centre de gravité de la charge assimilé au centre de gravité pondéral de la gerbe de mitraille peut, du fait d'une charge différente des particules individuelles, ne pas coinci- der inconditionnellement de façon effective avec ce centre de gravité porndéral, cette installation connue présentant égale- ment l'inconvénient que l'électrode à grille constitue un obsta- cle pour la gerbe à mesurer, si bien que le râsultat de la mesure est influencé par cette mesure elle-même. On cornmat en outre une installation du tyre 4'0 rrécité pour la d'termnination du passae du centre de Gravité, 2.- qui comporte une bobine branchée dans le circuit de résonance d'un oscillateur L-C, et dans laquelle la modification d'induc- tance, ou bien la modification qui en résulte de la fréquence de l'oscillateur, lors du passage d'une gerbe de mitraille à travers le coeur ouvert de la bobine, est utilisée pour déter- miner le passage du centre de gravité de la gerbe. Cette ins- tallation présente l'inconvénient que, d'une part, en raison des dimensions externes rapidement croissantes d'une gerbe de mitraille et de la grandeur alors nécessaire de la bobine, la mesure est limitée à la zone proche de l'embouchure ou à de petits essaims de particules, et que, d'autre part, la modifica- tion de l'inductance de la bobine lors du passage de la gerbe de litraille, dépendrait fortement de la perméabilité du matériau constituant les particules, et que pour certaines combinaisons ou alliages de matériaux, on peut même arriver à une suppression complète de la modification de l'inductance, et donc, de l'ef- fet de mesure. Le but de la présente invention est de créer une installation du type initialement mentionné, grâce à la- quelle les inconvénients ci-dessus décrits des installations connues soient évités, et qui permette notamment, d'une façon simple, une détermination rapide et précise de la caractéristi- que de passage en fonction du temps, notamment de la caractéris- tique de passage du centre de gravité d'un essaim de particules se déplaçant librement. A cet effet, l'invention concerne une ins- tallation caractérisée en ce que le plan imaginaire de mesure est formé par au moins un système optique de reproduction d'i- mage, fonctionnant de préférence avec des ondes électromagnéti- ques de la partie visible, de la partie infrarouge ou bien de la partie ultra-violette du spectres l'installation convertis- sant, au moyen d'au moins un convertisseur, en un signal élec- trique correspondant, la variation de l'intensité enregistrable lors du passage des particules individuelles ou bien de parties de l'essaim à travers le plan de mesure, le convertisseur étant relié au moins indirectement avec au moins un registre pour la mise en mémoire des signaux correspondant au passage des parti- cules individuelles ou bien des parties d'essaim, une unité d'- exploitation étant raccordée au registre, cette unité détermi- nant à partir des signaux ainsi mis en mémoire, la caractéris- tique de passage. Comme les signaux ou bien les successions de signaux mis en mémoire dans le registre correspondent direc- tement à un passage de masse à travers le plan imaginaire de mesure, la caractéristique de passage de la gerbe, notamment la caractéristique de passage du centre de gravité pondérai, im- portante pour la détermination de l'énergie cinétique de la ger- be, peut être effectivement établie par l'intermédiaire de l'uni- té d'exploitation raccordée, et ceci indépendamment du matériau constituant les particules, dans la mesure o celles-ci compor- tent les unes par rapport aux autres, la même masse. Les dimen- sions du plan de mesure peuvent être obtenues de façon simple dans de très larges limites, par l'utilisation de systèmes opti- ques de reproduction d'images, si bien que des mesures peuvent être effectuées sans dépense importante même sur des essaims de particules largement dispersés, soit par exemple sur des gerbes de mitraille déjà très éloignées de l'embouchure. Dans ce cas, il est particulièrement avanta- geux de prévoir qu'une unité de préparation du signal soit bran- chée en amont du registre, cette unité comprenant un dispositif- de comptage susceptible de démarrer au début de la mesure, et dé- livrant au registre les différentes informations correspondant aux temps de passage. A partir du contenu du registre correspon- dant ainsi aux temps de passage des particules individuelles, on peut déterminer directement par exemple l'instant de passage du centre de gravité. Pour permettre également une détermination exacte de la caractéristique de passage dans des zones proches de l'embouchure ou bien pour des essaims de particules très den- ses, il est prévu selon une autre forme de l'invention, un re- gistre supplémentaire qui est relié à un dispositif de détection pour la détection de l'amplitude des signaux délivrés par le con- vertisseur et qui est également relié à l'unité d'exploitation. Cet autre registre, qui peut être rassemblé pour constituer une unité de construction avec le registre servant-à mettre en mé- moire les instants de passage, permet également, lorsque plu- sieurs particules de l'essaim traversent à peu près simultanément le plan de mesure, une détermination exacte de la caractéristique de passage notamment de l'instant de passage du centre de gravi- té. 4.- 2492106 Selon une autre réalisation de l'inventions il est prévu une unité de détection supplémentaire, qui détecte la durée de chaque variation individuelle d'intensité des signaux délivrés par le convertisseur, et qui met en mémoire les valeurs correspondantes dans un autre registre également relié à l'unité d'exploitation. On peut ainsi déterminer avec une grande préci- sion, d'une façon particulièrement avantageuse, la caractéristi- que de passage de l'essaim lorsque plusieurs particules traver- sent le plan de mesure à un intervalle perpendiculairement à ce plan de mesure qui est inférieur ou égal à la longueur des particules. Selon une autre forme de l'invention, l'uni- té de préparation du signal est constituée par un convertisseur analogique/numérique, qui met en mémoire, sous forme numérique, dans le registre, un signal délivré sous forme analogique par le convertisseur. Cette disposition facilite dans de nombreux cas l'exploitation de la mesure. Pour pouvoir déterminer directement les vi- tesses des particules ou bien des parties d'essaim, notamment la vitesse du centre de gravité de l'essaim de particules se dé- plaçant librement, il est avantageux de prévoir selon encore une autre forme de l'invention, deux systèmes optiques de repro- duction d'image représentant deux plans imaginaires de mesures, ces systèmes optiques présentant un certain intervalle entre eux dans la direction de déplacement principale et étant reliés aux installations d'exploitation correspondantes. Avec l'installation conforme à l'invention, on peut, de façon avantageuse, déterminer également l'extension de l'essaim de particules, soit par exemple de la gerbe de mi- traille, dans la direction de déplacement principale, par déter- mination de l'intervalle de temps entre le passage de la premiè- re et de la dernière particule à travers le plan de mesure et par multiplication par la vitesse du centre de gravité. L'invention va être décrite plus en détail en se référant à des exemples de réalisation représentés schéma- tiquement sur les dessins ci-joints dans lesquels: - la figure 1 représente une installation conforme à l'invention, - la figure 2 montre une gerbe de mitraille lors de son passage d'lune autre forme de réalisation de -i'lns- tallation conforme à l'invention, - les figures 3, 4 et 5 représentent respec- tivement d'autres formes de réalisation de l'invention. Avec l'installation représentée sur la figu- re 1, il est possible de déterminer dans un plan de mesure 1, la répartition axiale des particules d'un essaim, la durée de passage et le centre de gravité de l'essaim de particules, par rapport à la direction de déplacement principale 3 (perpendicu- lairement au plan du dessin). Le plan de mesure 1 est alors défi- ni par un système optique de reproduction d'image 2, qui est di- rigé vers une source de lumière 5. Le plan de mesure 1 est au moins approximativement perpendiculaire à la direction de dépla- cement principale 3 des particules 4 se déplaçant en essaim, par exemple la mitraille d'une gerbe de mitraille. Le système optique de reproduction d'image 2 est constitué de façon telle que le plan de mesure 1 comporte une zone active aussi importante que possible, de façon que même des gerbes avec une dispersion radiale importante, puissent être mesurées. L'épaisseur du plan de mesure 1, donc l'extension dans la direction de déplacement principale de l'essaim de particules, est maintenue, pour des raisons de résolutions optiques, aussi réduite que possible. 3n corrélation avec la figure 2, qui montre deux plans de mesure de même type 1, 1', disposés à un intervalle s l'un de l'autre dans la direction de déplacement principale 3, le fonctionnement de l'installation représentée va être expliqué plus en détail: Si une particule 4 de l'essaim se déplaçant selon la direction 3 traverse le plan de mesure 1 en soi imagi- naire, une partie de la lumière émise par la source de lumière 5 en direction du système optique 2 de formation d'image, se trouve interceptée et provoque dans un des convertisseurs photoélectri- ques 6 branché en aval du système 2 de reproduction d'images, une modification du courant. Cette modification est convertie, dans un dispositif de préparation de signal 7 raccordé au con- vertisseur 6, en une modification de tension qui est appliquée à une unité 8 de préparation du signal, dans laquelle à l'aide d'un dispositif de comptage démarré au début de la mesure, est déterminé l'instant de passage correspondant à l'affaiblissement considéré de la l _ere. Les instants de passage des particules individuelles sont mris en m.émoire dais un registre 9 raccordé au 5.- 6.- 22492106 compteur 8. Au moyen de l'unité d'exploitation 10 raccordée au registre 9, on peut ainsi ensuite par l'intermédiaire des infor- mations stockées dans le registre 9, effectuer la détermination de la durée de passage de l'essaim de particules, à savoir le temps de passage de la première à la dernière particule à travers le plan de mesure 1, et en supposant que les masses des particu- les sont identiques, l'instant de passage du centre de gravité de l'essaim. Pour rendre les résultats de la mesure visibles ou bien pour les enregistrer, des appareils périphériques, non représentés, tels que des dispositifs d'affichage, des impriman- tes ou bien des traceurs de courbes, sont raccordés à l'unité d'exploitation 10 par l'intermédiaire d'une interface 18. Pour déterminer les vitesses des particules individuelles ou bien des parties d'essaim, mais surtout la vitesse respective du centre de gravité de l'essaim de particules se déplaçant librement, deux plans de mesures 1, 1', décalés d'un certain intervalle s selon la direction de déplacement prin- cipale, comme le représente la figure 2, sont nécessaires. Les effets du passage de l'essaim de particules à travers les deux plans de mesures 1, 1', sont les mêmes que ceux qui ont été dé- crits déjà en se référant à la figure 1. Grace aux raccordements, non représentés ici, des convertisseurs photoélectriques 6 aux dispositifs d'exploitation correspondant à la figure 1, deux instants de passage différents sont maintenant obtenus par exem- ple pour le centre de gravité de l'essaim de particules à travers les plans de mesures 1, 1', instants de mesures à partir des- quels la vitesse moyemne vs du centre de gravité entre les deux plans de mesures 1, 1 2 s'établit comme suit: s v - _ s avec: t t t = tstop tstart et o: s est la distance des deux plans de mesures 1, 1', selon la direction de déplacement principale 3, tstart l'instant de passage du centre de gravité de l'essaim de particules à travers le plan de mesure 1, et tstop l'instant de passage du centre de gravité à travers le plan de mesure 1. La détermination de l'extension de l'essaim de narticules selon la direction de déplacement principale,3, s'établit comme suit: 1G = t. vs o 1G est la longueur de la gerbe, t le temps entre le passa- ge de la première particule et celui de la dernière particule, à travers les mêmes plans de mesures respectifs, et vs la vites- se du centre de gravité de la gerbe. Dans la mesure o l'essaim de particules modifie sa forme entre les deux plans de mesures 1, 1', trois longueurs différentes de gerbes peuvent être calculées: 1 vs 1G1 =* V 1G1, = i * Vs t1 +/ t2 1G =( 2) . Vs o lG1 est la longueur de la gerbe dans le plan de mesure 1, lG1, la longueur de la gerbe dans le plan de mesure 1', et 1G la longueur moyenne de la gerbe entre les deux plans de mesures 1, 1'. L'installation selon la figure 3 permet, par enregistrement supplémentaire des valeurs d'amplitude des signaux délivrés par le convertisseur photoélectrique 6, une détermina- tion exacte de la caractéristique de passage, notamment de l'ins- tant de passage du centre de gravité d'un essaim de particules même lorsque plusieurs particules 4 passent simultanément le plan de mesure 1. La condition pour cela est bien entendu que les particules présentent non seulement approximativement la même masse, mais également approximativement les mimes dimensions ex- ternes, ce qui par exemple dans le cas de gerbes de mitraille est tout à fait le cas. Le plan de mesure 1 est à nouveau défini par un système optique de reproduction d'image, mais il comporte toutefois ici, à la différence de la réalisation représentée sur la figure 1, des délimitations approximativement parallèles 11. Lorsque, comme cela est représenté, plusieurs particules 4 tra- versent à peu près simultanément le plan de mesure 1, la modifi- cation de la densité convertie par le convertisseur photoélectri- que 6, est égale à la modification d'intensité survenant pour une particule individuelle, multipliée par le nombre de parti- cules. A côté de la mise en mémoire de l'instant de passage dans le registre 9, le nombre des particules 4 passant simultanément le plan de mesure 1, est introduit dans un rejistro supplémentai- re 13 par l'intermédiaire d'un dispositif sunpl6mentaire 12 de 7.- 8,- 24921 06 détection.des amplitudes. Ce registre 13 est également raccordé à l'unité d'exploitation 10, qui lors de la détermination de l'instant de passage du centre de gravité, tient compte désormais aussi du nombre ou bien de l'instant de passage des particules traversant simultanément le plan de mesure. Par l'intermédiaire d'un interface 18, le raccordement d'appareils périphériques, non représentés, destinés à rendre visibles ou mettre en mémoire les résultats, est également possible ici. La figure 4 montre une installation conforme à l'invention grâce à laquelle il est possible par un enregistre- ment supplémentaire de la durée de traversée du plan de mesure 1 par les particules 4, d'effectuer une détermination précise de la caractéristique de passage, notamment de l'instant de passage du centre de gravité, même lorsque plusieurs particules traversent le plan de mesure à un intervalle a dans la direction de déplacement principale 3, qui est plus petit que la dimension a de la particule 4 dans cette direction de déplacement princi- pale 3. En supplément à l'installation d'exploitation représen- tée sur la figure 1, il est prévu ici une autre unité de détec- tion 14 déterminant la durée de chaque affaiblissement individuel de lumière, et mettant en mémoire les valeurs correspondantes dans un autre registre 15 également relié à l'unité d'exploita- tion 10. Les informations supplémentaires en provenance du re- gistre 15 sont de façon correspondante, par exemple lors de la détermination de l'instant de passage du centre de gravité, prises en compte par l'unité d'exploitation 10. Dans l'installation représentée sur la figu- re 5, les fonctions supplémentaires indiquées à propos des fi- gures 3 et 4, sont combinées. Le signal analogique amplifié dé- livré par le dispositif de préparation de signal 7, est mis sous forme numérique par un convertisseur analogique/numérique 16 et mis en mémoire dans un registre 17. Au moyen de l'unité d'exploitation 10 raccordée au registre 17, il est possible, lors de la détermination de la caractéristique de passage, d'un essaim de particules, de tenir compte aussi bien des particules 4 passant le plan de mesure i à peu près simultanément, que, également des particules dont l'intervalle dans la direction de déplacement principale, est inférieur à la dimension des par- ticules selon cette direction de déplacement principale. nette disposition convrient en conséauence part-culièremenu pour la 9.- 2492106 déte.rmirnation de l'instant de passage du centre de gravité dbs- saimsde particules compact com.e par exemple une gerbe de mi- traille au voisinage de l'embouchure. Comme systèmes optiques de reproduction d'i- mages, on peut utiliser pour la présente invention, tout système de reproduction d'images convenant pour la mesure de la vitesse d'un projectile, comme par exemple une barrière lumineuse de type connu, par exemple une barrière à lumière incidente, ou à lumière réfléchie, dans la mesure toutefois o le plan de mesure actif est d'une dimension suffisante et o la résolution optique ou bien électronique est adaptée à une reproduction suffisa.m-ent nette des particules individuelles. R E V E N D I C A T I 0 N S 1.- Installation pour déterminer la caracté- ristique de passage, notamment la caractéristique de passage du centre de gravité, d'un essaim, notamment d'une gerbe de mi- traille, se déplaçant librement dans une direction de déplace- ment principale, à travers au moins un plan imaginaire de mesure d'orientation connu, notamment perpendiculaire, au moins appro- ximativement, à cette direction de déplacement principale, ins- tallation caractérisée en ce que le plan imaginaire de mesure (1, 1') est formé par au moins un système optique de reproduc- tion d'image, fonctionnant de préférence avec des ondes électro- magnétiques de la partie visible, de la partie infrarouge ou bien de la partie ultra-violette du spectre, l'installation con- vertissant, au moyen d'au moins un convertisseur (6), en un si- gnal électrique correspondant, la variation de l'intensité enre- gistrable lors du passage des particules individuelles (4) ou bien de parties de l'essaim à travers le plan de mesure (1, 1'), le convertisseur (6) étant relié-au moins indirectement avec au moins un registre (9, 17) pour la mise en mémoire des signaux correspondant au passage des particules individuelles (4) ou bien des parties d'essaim, une unité d'exploitation (10) étant raccordée au registre (9, 17), cette unité déterminant à partir des signaux ainsi mis en mémoire, la caractéristique de passage. 2.- Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce qu'une unité (8, 16) de préparation du signal est branchée en amont du registre (9, 17), cette unité compre- nant un dispositif de comptage susceptible de démarrer au début de la mesure, et délivrant au registre (9, 17) les différentes informations correspondant auxtemps de passage. 3.- Installation selon la revendication 2, caractérisée en ce qu'il est prévu un registre supplémentaire (13), qui est relié à un dispositif de détection (12) pour la détection de l'amplitude des signaux délivrés par le convertis- seur (6), et qui est également relié à l'unité d'exploitation (10). 4.- Installation selon l'une quelconque des revendicatiohs 2 et 3, caractérisée en ce qu'il est prévu une unité de détection supplémentaire (14), qui détecte la durée de chaque variation individuelle d'intensité des signaux déli- ;rés par le cornvertisseur (6), et qui met en mJmoire les valeurs 10.- 11. - correspondantes dans un autre registre (15) également relié à l'unité d'exploitation (10). 5.- Installation selon l'une quelconque des revendications 2 à 4, caractérisée en ce que l'unité de prépara- tion du signal (16) est constituée par un convertisseur analogique/numérique, qui met en mémoire sous forme numérique dans le registre (17) le signal délivré sous forme analogique par le convertisseur (6). 6.- Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisée en ce qu'il est prévu deux systèmes optiques de reproduction d'image représentant deux plans imaginaires de mesures (1, 1'), ces systèmes optiques pré- sentant un certain intervalle (s) entre eux dans la direction de déplacement principale (3) et étant reliés aux installations d'exploitation correspondantes.