Brevet FR2541766A1 — publié le 19840831

La présente invention concerne les dispositiisde mesure et a notamment pour objet un dispositif pour la mesure de vibrations. L'invention peut être appliquée au contrôle des paramètres des vibrations de machines et de mécanismes, ou de leurs pièces constitutives, des surfaces chaudes, des ouvrages de génie civil, des parties du corps humain, la distance à l'objet à étudier étant de quelques mètres, ainsi que dans les conditions d'un éclairement extérieur faible. On connaît un dispositif pour la mesure de vibrations, comprenant un générateur UHF dont l'énergie est transmise par une antenne à l'objet à étudier, puis, étant réfléchie par celui-ci, est transmise via l'antenne à-un détecteur, lequel reçoit également l'énergie d'oscillations de réSé- rence à haute fréquence (cf., par exemple, K.K. Namitokov, V.S. Chepura, "Mesure des vibrations et des déplacements linéaires à l'aide dsondes radioélectriques UHF", revue "Izmeritelnaya tekhnika", nO 5, 1960). Dans le dispositif indiqué, l'antenne est réalisée sous forme d'un guide d'ondes rectangulaires, dont la bride se place à proximité de l'objet à étudier, dtordiç naire à une distance comparable à la longueur d'onde du générateur UHF. Au fur et à mesure de l'éloignement par rapport à la surface vibrante, la résolution spatiale et la sensibilité d'un tel dispositif baissent. On connaît aussi un dispositif pour la mesure de vibrations, comprenant un générateur UNE dont l'énergie est transmise par une antenne à l'objet à étudier, puis, étant réfléchie par celui-ci, est transmise via ltanten- ne à un détecteur, lequel reçoit également l'énergie d'oscillations de référence à haute fréquence (cf., par exemple, Stewart Ch., "Proposed Massless Remote Vibration Pickup", J. Acoust, Soc, Amer, v. 30, nO 7, 1958, p. 644 Dans ce dispositif, l'antenne se compose de deux cornets séparés, de 50 mm de diamètre : l'un émetteur, l'autre récepteur. Le dispositif est prévu pour fonctionner à une distance de la surface vibrante égale à 250 mm, le diamètre de la portion contrôlée sur ltobjet à étudier étant d'environ 104 mm. Dans un tel dispositif, la résolution spatiale et la sensibilité baissent fortement quand l'éloignement par rapport à la surface vibrante atteint quelques mètres, par suite de l'augmentation des dimensions. de la portion d'objet irradiée et de-la diminution de la partie d'énergie réfléchie captée par l'antenne réceptrice. Ainsi, quand la distance à ltobjet à étudier est augm.entée jusqu'à 3 m, le diamètre de la portion à contrôler s'élève déjà à une valeur non inférieure à 700 mm, et la partie de l'énergie réfléchie arrivant au détecteur diminue de quelques dizaines de fois et même plus, comparativement à l'énergie captée à une distance de 250 inm. En outre, l'ajustage de 11 antenne de ce dispositif et son pointage sur une portion déterminée d'un objet à étudier de forme compliquée à de grandes distances présentent des difficultés pratiques notables. Le caractère invisible du rayonnement de micro-ondes ne permet pas de juger de -la précision de pointage de l'antenne. On s'est donc proposé de créer un dispositif pour la mesure de vibrations, dans lequel l'antenne serait réalisée de façon à assurer l'augmentation de la portée du dispositif jusqu'à quelques mètres9 tout en conservant le pouvoir de résolution et la sensibilité, et -qu'elle accroisse la précision de pointage sur la portion à contr8ler prescrite de lto.bjet à étudier. La solution consiste en un dispositif pour la mesure de vibrationsj comprenant un générateur ijiw dont l'énergie est transmise par une antenne à l'objet à étudier, puis, étant réfléchie par celui-ci, est transmise via l'antenne à un détecteur, lequel reçoit également l'énergie d'oscillations de référence à haute fréquence, dispositif dans lequel, d'après l'invention, l'antenne comprend un miroir de forme elliptique, à proximité immédiate du second foyer, ou foyer le plus éloigné, duquel est placé l'objet à étudier, et un radiateur monté au premier foyer, ou foyer le plus rapproché, du miroir et irradiant toute sa surface. Le miroir de l'antenne peut être monté de façon qu'il puisse être déplacé axialement par rapport à l'objet à étudier. Il est avantageux que le dispositif pour la mesure des vibrations comprenne un système optique pour le pointage du miroir de l'antenne sur l'objet-à étudier, ce système optique étant monté de façon que son axe optique coincide avec l'axe du miroir. Il est judicieux d'employer2 pour le pointage du miroir de l'antenne sur l'objet à étudier, un système optique comprenant un objectif situé devant le radiateur du c8té de l'objet à étudier, un guide de lumière pour la transmission de l'image de l'objet à étudier, dont un bout est situé dans le plan du foyer de l'objectif du c8té du radiateur de 1Pantenne, et un oculaire monté au-delà du second bout du guide de lumière. Il est avantageux que le système optique pour le pointage du miroir de l'antenne sur liobjet à étudier comprenne en outre une source de lumière, située devant l'oculaire, du côté opposé à celui où se trouve le guide de lumière pour la transmission de l'image de lfobået à étudier. Une telle réalisation constructive dú dispositif pour la mesure des vibrations assure la conservation du pouvoir de résolution et de la sensibilité quand l'objet à étudier a de grandes dimensions, et est à une distance notable du dispositif. Un faible déplacement axial du miroir de l'antenne (dans les limites de la longueur de l'onde UFH) du miroir de l'antenne par rapport à ltobjet à étudier permet de régler le dispositif à la sensibilité maximale quand la distance à la surface vibrante change. En outre, la conception de l'antenne facilite notablement le réglage et l'ajustage du dispositif pour la mesure des vibrations. Le système optique pour le poin- tage du dispositif, réalisé de façon que son axe optique coïncide avec l'axe du miroir de antenne, assure une grande précision de son pointage sur une portion quelconque de l'objet à étudier. Quand le système optique de pointage est équipé d'une source de lumière, il s'avère possible d'éclairer la portion à contrôler de l'objet à mesurer, ce qui est nécessaire, par exemple, pour la mesure des vibrations d'objets dans des conditions d'éclairement extérieur faible, ne permettant pas à l'oeil de distinguer l'image de l'objet à étudier à travers l'oculaire du système optique de pointage-. L'invention sera mieux comprise et d'autres buts, détails et avantages de celle-ci apparaîtront mieux à la lumière de la description explicative qui va suivre de différents modes de réalisation donnés uniquement à titre d'exemples non limitatifs avec références au dessin non limi-4atif annexé dans lequel: - la figure I représente le schéma d'ensemble d'un dispositif pour la mesure de vibrations, conforme à l'invention; - la figure 2 représente la coupe suivant la ligne II-II de la figure 1; - la figure 3 représente une variaffl e de réalisation du dispositif pour la mesure de vibrations conforme à l'invention (source de lumière et oculaire). Le dispositif pour la mesure de vibrations, faisant l'objet de l'invention, comprend un bordier 1 (figure 1), dans lequel sont placés un générateur UNE 2 etun système de guides d'ondes 3 se présentant sous forme d'un tourniquet, c'est-à-dire dgun système cruciforme de guides d'ondes à section rectangulaire, an centre duquel est connecté un guide d'ondes rond, dont l'axe est perpendiculaire au plan de la croix. La plus grande partie de l'énergie du générateur UNE 2 passe par le système 3 de guides pondes et l'antenne 4 et arrive à l'objet 5 à étudier (représenté convention- nellemént sur le dessin). L'énergie réfléchie par l'objet 5 passe par l'antenne 4 et le système 3 de guides d'ondes et arrive au détecteur glacé dans le boîtier 1. Le détecteur 6 reçoit aussi, directement par le système 3 de guides d'ondes, l'énergie des oscillations de référence à haute fréquence provenant du même générateur UHF 2. De la sorte, le générateur UNE 2 fait en même temps office d'hétérodyne. L'antenne 4 comprend un miroir 7 de forme elliptique, au premier foyer duquel (ceest-àdire plus rapproché du miroir 7) est monté un radiateur 8 qui irradie toute la surface du miroir 72 et à-proximité immédiate du second foyer duquel 'est-à-dire du foyer le plus éloigné du miroir 7) est placé l'objet 5 à étudier. Le miroir 7 est rigidement fixé au coté extérieur de la paroi du boîtier 1. Le radiateur 8 est réalisé sous la forme d'un guide d'ondes rond 9 constituant le prolongement du guide d'ondes rond du système 3 de guides d'ondes et passant à travers un orifice ménagé dans la partie centrale du miroir 7, ainsi qu'à travers un orifice percé dans la paroi du boîtier 1, et d'un réflecteur métallique 10 plat, monté à une distance du bout du guide d'ondes 9 de valeur déterminée, dépendant ae la longueur d'ondes du générateur UNE 2. Le réflecteur 10 est fixé à-une douille diélectrique 11,- laquelle est fixée à son tour au guide d'ondes 9. Le radiateur 8 est rigidement lié au'miroir 7. Le miroir 7 du système 4 d'antennes est monté de façon qu'il puisse se déplacer axialement par rapport à l'objet 5 à étudier, dans la drection des flèches A, à l'aide d'un mécanisme 12 de déplacement. Ce mécanisme 12 comprend un coulisseau 13 fixé au côté extérieur du boîtier 1 et lié par un couple vis-écrou 14 à une glissière 15, laquelle est fixée à un pied 16 (représenté conventionnellement sur le dessin, vu qu'il ne fait pas ltobjet de l'invention). Pour les déplacements du coulisseau 13 le long de la glissière 15, il est prévu un bouton 17. Le profil de la glissière 15 est du type à queue d'aronde, ce qui apparaît clairement sur la figure 2. Le pied 16 (figure 1) comporte une articulation 18 pour l'orientation du boîtier 1 conjointement avec le miroir 7 de l'antenne 4 dans un plan vertical et dans un plan horizontal, suivant les flèches B et C, ainsi qu'un élément 19 pour le déplacement du boîtier 1 conåoin tement avec le miroir 7 dans la direction des flèches D, en hauteur par rapport à l'objet 5 à étudier. Le disposItif faisant l'objet de l'invention comprend un système optique 20 pour le pointage du miroir 7 de l'antenne 4 sur l'objet 5 à étudier, ce système optique étant monté de façon que son axe optique 21 colncide avec l'axe du miroir 7(appelé plus loin: "axe 21 du miroir 7"). Le système optique 20 comprend un objectif. 22 situé sur l'axe 21 du miroir 7, devant le réflecteur 10 du radiateur 8, du côté de l'objet 5 à étudier, un guide 23 de lumière pour la transmission de l'image de l'objet 5 à étudier, dont l'un des bouts est si-tué dans le plan du foyer de l'objectif 22 du côté du réflecteur 10 du radiateur 82 et un oculaire 24 monté au-delà de l'autre bout du guide 23 de lumière. L'objectif 22 est fixé à une douille diélectrique 25, qui est fixée à des nervures diélectriques 26, lesquelles sont fixées à leur tour au miroir 7. Pour diminuer l'ombre projetée sur le miroir 7 par les éléments du système optique 2Q, son objectif 22 est disposé aussi près que possible du réflecteur 10 du radiateur 8 et a des dimensions plus petites que celles du réflecteur 10 Le guide 23 de lumière passe à travers l'orifice mentionné plus haut de la paroi du boîtier 1 et l'orifice ménagé au centre du miroir 7. il est rendu solidaire du guide d'ondes 9 par un collier 27 et contDurne la douille 11. Son bout est engagé dans la douille 25. Le second bout du guide 23 de lumière est serré dans une douille 28, qui est fixée au côté intérieur de la paroi du boîtier 1. L'oculaire 24 est fixé dans un tube 29, lequel est lui-meme fixé de façon qu'il puisse tourner dans une douille 30 fixée au c8té extérieur de la paroi du boîtier 1, opposé à celui auquel est fixée la douille 28. -De la sorte, loculaire 24 est monté de façon qu'il puisse se déplacer pour la mise au point d'après l'oeil 31 de l'observateur. A proximité du bout du guide 23 de lumière, du côté de l'oculaire 24, on a fixé dans la douille 30 une lame de verre 32 portant une croisée pour le poin- tage précis sur la partie prescrite de l'objet 5 à étudier et fermant l'orifice de la paroi du bottier 1 entre les douilles 28 et 30. Le générateur UNE 2 du dispositif faisant l'objet de l'invention est branché sur une source d'alimentation 33; la sortie du détecteur 6 est branchée sw un composant 34 de traitement du signal. L'alimentation 33 et le composant 34 sont représentés sur le dessin conventionnellement, vu qu'ils ne font pas l'objet de l'invention Dans les conditions d'un faible éclairement exté rieur, le système optique 20 pour le pointage du miroir 7 de l'antenne 4 sur l'objet 5 à étudier comprend en outre une source 35 (figure 3) de lumière, située devant oculaire 24, du côté opposé à celui où se trouve le guide 23 (figure 1) de lumière. La source de lumière 35 utilisée est un laser. Le principe de fonctionnement du dispositif pour la mesure de vibrations, faisant l'objet de l'invention, consiste en ce qui suit. L'énergie du générateur UNE 2 (figure 1) passe par le système 3 de guides d'ondes et arrive au radiateur 8, qui irradie- toute la surface du miroir 7 de l'anten-ne. Le système 3 de guides d'ondes est réglé de telle façon qu'une petite partie de l'énergie du générateur 2 soit déviée directement dans la branche du détecteur 6, csest à-dire que le générateur UNE 2 fait en même temps office d 'hétérodyne. Le miroir 7 de forme elliptique de l'antenne concentre l'énergie UNE- en un faisceau étroit auprès de son second foyer, où se trouve l'objet 5 à étudier L'énergie UNE réfléchie par l'objet 5 à étudier et modulée en phase est captée par la même antenne 4, et le système 3 de guides d'ondes la transmet au détecteur 6, où elle se mélange à l'énergie non modulée de l'hétérodyne. il s'ensuit la formation2 à la sortie du détecteur 6, d'un signal modulé en fréquence, dont l'amplitude et la fréquence portent l'information sur les paramètres des vibrations de l'objet 5 à étudier. Ce signal est transmis à l'entrée du composant 34, dans lequel il est amplifié et traité par des moyens bien connus. Etant donné que la sensibilité du dispositif pour la mesure de vibrations faisant l'objet de l'invention dépend des rapports de phases entre l'énergie refléchie par l'objet 5 à étudier et l'énergie de l'hétérodyne2 pour obtenir un taux de modulation maximal du signal de sortie du détecteur 6, est prévu le déplacement axial du miroir 7 dans les limites de la longueur d'onde du générateur UNE 2, par rotation du bouton 17, faisant déplacer le coulisseau 13 le long de la glissière 15. Le pointage du dispositif pour la mesure de-vibra tions, conforme l'invention, sur la portion à contrôler prescrite de l'objet 5 à étudier s'effectue à l'aide du système optique 20 de pointage et du pied 16, permettant de changer la hauteur de positionnement au dispositif par rapport à l'objet 5 à étudier, ainsi que de l'orienter dans les plans vertical et horizontal. En observant avec l'oeil 31 l'objet 5 à étudier à travers l'oculaire 24 du système optique 20 de pointage, à l'aide de l'articulation 19 et de l'élément 20 du pied 16, on met en colncidence l'image de la croisée de la lame 32 avec celle de la portion choisie sur l'objet 5 à étudier. En cas-de travail dans les conditions d'un éclairement extérieur faible, ne permettant pas le pointage du dispositif pour la mesure de vibrations conforme à lçin- vention d'après l'oeil de l'observateur, est prévue la possibilité d'éclairer le centre de la portion choisie sur l'objet 5 à étudier par le même système optique 20, à l'aide d'une source 35 (figure 3) de lumière. Pour un dispositif de mesure de vibrations conforme à l'invention, fonctionnant sur une longueur sonde UNE de 8,5 mm avec un miroir 7 (figure 1) de forme elliptique de 300 mm de diamètre, à portée de 3 à 5 m, et ayant un diamètre de la portion irradiée (résolution spatiale) de 80 à 150 mm, la valeur de l'énergie arrivant au détecteur ne varie que d'un nombre limité de quelques fois. La précision de pointage de l'antenne 4 sur la portion choisie de l'objet 5 à étudier à l'aide du système optique 20 de pointage est de 0,5 à 1 mm. REVENDICATIONS 1. Dispositif pour la mesure de vibrations2 comprenant un générateur UNE 2 dont 1'énergie estiransmise par une antenne (4) à l'objet (5) à étudier, puis, étant réfléchie par celui ci, est transmise via l'antenne (4) à un détecteur (6), lequel reçoit également une énergie d'oscillations de référence à haute fréquences caractérisé en ce que l'antenne (4) comprend un miroir (7) de forme elliptique, à proximité immédiate du second foyer duquel (c'est-à-dire du foyer le plus éloigné du miroir 7), est placé l'objet (5) à étudier, et un radiateur (8) monté au premier foyer (c'est-à-dire au foyer le plus rapproché du miroir (7)) et irradiant toute sa surface. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que le miroir (7) de l'antenne (4) est monté de façon qu'il puisse être déplacé axialement par rapport à l'objet (5) à étudier 3. Dispositif selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé en ce qu'il comprend un système optique (20) pour le pointage du miroir (7) de l'antenne (4) sur l'objet (5) à étudier, ce système optique (20) étant monté de façon que son axe optique (21) coïncide avec l'axe du miroir (7). 4. Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que le système optique (20) pour le pointage du miroir (7) de l'antenne (4) sur l'objet (5) à étudier comprend un objectif (22) situé devant le radiateur (8), du c8té de l'objet (5) à étudier, un guide (23) de lumière pour la transmission de l'image de l'objet (5) à étudier, dont un bout est situé dans le plan du foyer de l'objectif (22) du côté du radiateur (8) de l'antenne (4), et un oculaire (24) monté au-delà du second bout du guide (23) de lumière 5. Dispositif selon la revendication 4, caractérisé en ce que le système optique (20) pour le pointage du miroir (7) de l'antenne (4) sur l'objet (5) à étudier comprend une source (35) de lumière située devant l'oculaire (24), du côté opposé à celui où se trouve le guide de. lumière (23), pour la transmission de l'-image de l'objet (5) à étudier.