Brevet FR2570185A1 — publié le 19860314

La présente invention a pour objet la réalisation des pièces mécaniques et d'une carte électronique, constitutives d'instruments destinés à détecter ou à mesurer les rayonnements dont la propagation est celle ou semblable à celle de la lumière. Actuellement, les corps des appareils connus sont construits sous forme soit de blocs cylindriques, soit de boitiers parallélipipédiques qui ne permettent généralement pas d'être montés à volonté sur collier ou sur bride. Les cellules utilisées dans ces instruments diffèrent du tout au tout selon la bande de longueurs d'ondes utilisées. Certains nécéssitent l'emploi d'un modulateur mécanique du faisceau incident. Ces appareils doivent tous, pouvoir être refroidis s'ils sont montés dans une zone chaude, et recevoir une enveloppe adaptée à un fonctionnement dans une zone où l'eau existe sous forme : de brouillards ou de projections ou de pluie. I1 convient pour rentabiliser la fabrication en série de ces matériels de rationaliser et de ne disposer que d'un nombre minimal de pièces mécaniques et de sous-ensembles électroniques permettant de solutionner par combinaisons la plupart des problèmes posés, tant du point de vue de la technique de mesure que de la fixation ou des conditions d'ambiances industrielles. Les caractéristiques et avantages desdits dispositifs seront mieux compris à la lecture des descriptions ci-après, faites en se référant aux dessins annexés dans lesquels PLANCHE 1 Figure (1), (2) ,(3). Corps cylindriques par exemple moulé5/dune seule piece composé d'une partie avant (1) et d'une double partie arrière (2), (2'), reliée par deux bras de liaison (3), (3'). Ce corps reçoit à sa partie avant (1) un détecteur sensible (4) aux rayonnements pour lesquels l'instrument est prévu, à sa partie arrière (2) (2'), les organes de réglages (5) avec leur protection (6) et la/les prise(s) ou le/les press4(s)-étoupe(s) de raccordement (7). Les circuits électroniques (8) (8') et l'alimentation (9) sont rassemblés dans le volume de ce corps et fixés sur les bras de liaison (3) (3'). Ce corps cylindrique est raccordé à un dispositif (9) destiné à faire converger les rayonnements vers le détecteur (exemple : lentilles, miroirs hémisphériques, paraboliques etc...). PLANCHE II Figure (4) (5) (6) on retrouve un corps semblable à celui décrit ci-dessus à part le bossage (10) situé entre les bras (3) (3') et accolé à l'avant Ce bossage peut être rapporte ou venir de moulage ce très facilement à partir du moule de base. Le bossage (10), outre un alésage (11') dans l'axe de révolution du corps, comporte un usinage (11) qui permet de recevoir au choix soit un moteur (maintenu en position par une plaque vissée ou une vis de pression, ex: moteur synchrone miniature extra plat SAIA ) actionnant un découpeur mécanique (12) ou (13) du faisceau incident, soit un dispositif (14) porte lame séparatrice (15), (15'), (15") (se reporter planche III. PLANCHE III Les découpeurs mécaniques de modulations du faisceau incident connus sont les suivants : disques a trous ou à secteurs, orbiteur lamevibrante. La presente invention améliore les systèmes précédant : durée de vie accrue du moteur, faibles dimensions. Le dispositif (12) figure (7) 8 à 8b, 9a à 9b ) est constitué par une tranche de matière (16) usinée ou rapportée perpendiculairement sur la partie (17) liée au moteur et à sa périphérie. En prévoyant une surépaisseur de matière (18) ou en usinant un trou (19) dans (17) on ramène ainsi le vecteur J du moment d'inertie sur l'axe de rotation de l'ensemble moteur/decoupeur. La partie (17) peut être réalisée soit en métal poli soit en plastique traité réfléchissant. Le dispositif (13) figures (10) (lia) (lob) est réalisé, à partir des mêmes matières que le dispositif (12) : métal poli, plastique traité réfléchissant1 en perçant deux trous perpendiculaires dans le cylindre de telle sorte que la largeur (20) de la matière restante soit égale au diamètre des trous (21) (21'). Les découpeurs (12) et (13) sont entrainés par un micromoteur continu ou synchrone. Le rayonnement incident suit le trajet (22) figures (12) et (13) ; A chaque fois que la tranche (16) ou que les trous (21) et (21') le permettent le signal incident atteint le detecteur (4), alors que perpendiculairement un faisceau de longueur d'onde différent de celle à mesurer est généré en (23) et captée en (24). Le signal obtenu permet de disposer d'une référence de phase pour les circuits électroniques de modulation et de démodulation. La figure (14) représente un dispositif composé d'une pièce de révolution comportant une coupe à 450 et deux alésages à 900. Un dispositif (15) ou (15') ou (15") est collé, par exemple avec de l'araldite optique sur la coupe à 450. Les figures (15a) (15b) (15c) (15d) représentent des exemples de réalisa tion. Le dispositif (15) peut être consitué soit par une lame semi réfléchissante soit par un miroir de couleur (exemple le rouge et au delà, mais transmet les longueurs d'ondes plus courtes) soit une lame (15') transmettant les longueurs d'ondes les plus longues et réfléchissant les plus courtes, soit par une lame miroir (15") trouée dans l'axe qui permet la visée et de réfléchir une partie du rayonnement sur le détecteur (4). Le centrage du dispositif (14) peut se faire au montage par rapport à l'alésage (11) du bossage (10), en introduisant dans (11") une tige qui s'engagera dans le trou correspondant de (14). Le blocage en position se fera par vis, vis de pression, goupilles etc... non représentées. Le dispositif (14) permet d'utiliser, ou un détecteur et d'opérer une visée réflex (figures (15b) et (15c) (15d) ou deux détecteurs figure (15a) soit dans le cas d'une mesure dite bicolore soit dans le cas de mesures de surfaces de cibles différentes ou de technologies différentes. PLANCHE IV Les corps des planches I et II sont raccordés à un dispositif ayant pour objet de faire converger les rayonnements sur le détecteur. Ce dispositif sera soit composé d'une lentille (9) réalisée dans le matériau approprié , soit d'un miroir hémisphérique (absorbant ou réfléchissant). La figure (17) représente un dispositif se montant sur collier avec bague (30) de blocage, tandis que la figure (17) montre un système semblable prévu pour être monté sur bride. Dans le cas d'un système comportant un miroir hémisphérique, l'alésage (31) est conservé et les usinages (25) et (26) sont remplacés par une demi sphère tournée ver l'extérieur. Un deuxième alesage est possible à 450 de l'axe de la pièce. Bien entendu, le raccordement des corps des planches I et II n'est/limité aux dispositifs ci-dessus décrits, d'autres variantes- sont possibles sans pour cela sortir du cadre de l'invention. Figure (18) : montre une chemise cylindrique de refroidissement (33) qui se monte à l'extérieur des corps des planches I et II. La fixation peut se faire par une ou plusieurs vis (32). En fait, on remplace alors le fourreau, non représenté, qui protège les circuits électroniques montés dans le corps. Le système de refroidissement est constitue par une enveloppe à double parois dans laquelle on peut faire circuler entre t34) et (34') un fluide (gaz : ex air ou un liquide ex : eau ). La matière doit permettre un bon échange thermique (ex: alliage d'aluminium) et être étanche. La réalisation se fait par procédés de fonderie ou par soudu re sous argon de pièces rapportées. Figure (19) indique une chemise de refroidissement (35) semblable à la précédante (33). Elle est plus longue, permettant ainsi d'obtenir une double étanchéité que ce soit au niveau du raccordement avec une bride objectif (28) ou de l'arrière grace à un bouchon (36). On remarque les entrées et sorties de fluide en (34) et (34') et le système de raccordement électrique (7) en (37). Les joints toriques d'étanchéité n'ont pas été représentés pour ne pas alourdir le dessin. PLANCHE V figures (20a), (20b), (20c), (21). La présente invention comporte également un dispositif très efficace dit de "soufflage de la lentille" et de degage- ment du champ optique, dans le cas d'emploi de lentilles. Le but est d'empêcher d'une part que les poussieres industrielles ne viennent se déposer sur la lentille (9) et d'autre part d'éviter l'obscurcissement du champ optique, ce qui entrainerait une erreur de mesure appréciable. Dans les systèmes connus de l'air ou un gaz neutre est envoyé à l'avant de la lentille. Des turbulences s'en suivent, le soufflage est imparfait, des dépots apparaissent en certains endroits. Le dispositif, objet de la présente invention, se présente sous forme d'une bague (38) qui tout en permettant de bloquer la lentille (9) autorise la circulation dans la gorge (25) du gaz injecté en (39), ce tant que la dimension de la lentille (ou du groupe de lentilles) évitent l'obstruction du trou (40) Le gaz amené en (39) circulant dans la gorge (25) est projeté d'une part par n petits trous (41) dans le plan ou tres légèrement inclinés par rapport au plan de la lentille et d'autre part par p petits trous (42) dont l'axe est parallèle a celui de la direction du rayonnement, permettant ainsi de dégager le champ de visée. La présente invention a également pour objet un dispositif électronique de linéarisation d'un signal électrique qui est utilisé à chaque fois que l'on a à linéariser une loi de variation assimilable ou s'approchant de y = f(xn) n est entier ou fractionnaire. Les dispositifs couriamment utilisés font appels soit à la technique des systèmes à segments qui ne correspondent pas à une linéarisation continue et qui deviennent imprécis et instables en fonction de la température ambiante, soit à des micro-processeurs qui donnent des résultats corrects mais qui nécéssitent une mise en oeuvre beaucoup plus importante que le procédé, objet de la présente invention qui allie la simplicité, la précision et la fiabilité. Un exemple de fonction à linéariser est indiqué : figure (22) en échelle linéaire, la même loi est représentée figure (23) en échelle semi-log (log en ordonnée). Considérons fig (28) le schema d'un circuit analogique connu construit à partir de transistors bipolaires et d'amplificateurs opérationnels et donnant un rapport de logarithmes dont la réponse est indiquée figure (24). Sur la figure (25) est portée la courbe de réponse (43) d'un tel circuit pouvant être comparée avec la courbe à linéariser. Sur la même figure la courbe à obtenir est représentée par les tronçons (46), (47), (48). Etudions le schéma connu donné figure (26). L'amplificateur opérationnel (54) est utilisé conjointement avec l'élément non linéaire (49). Une contre réaction est appliquée à l'émetteur du tran sistor T9 (49) à travers le diviseur constitué par les résistances R1 R(50) et R2 (51) et la jonction émetteur base du transistor T2 (52) . Ceci rend le courant collecteur Ici de (49) à être très exactement égal au courant traversant la résistance d'entrée Ra (53). Le transistor T2 (52) est utilisé comme élément de contre réaction de l'amplificateur opérationnel (55). La contre réaction force le courant collecteur de (52) à être égal au courant traversant Rb (56) . Le courant collecteur Ic2 de (52) restant constant, la tension émetteur base VBE2 (52) reste constante, seule varie alors la tension base emetteur VBE1 de (49) lorsque le courant d'entrée varie dans (53). Le courant collecteur Ic et la tension base émetteur VBE d'un transistor bipolaire sont liés par la relation logarithmique. VBE = kT . log e cl Icî e - q Ic2 k = est la constante de Boltzmann. T = la température absolue en degrés Kelvin. q = la charge d'un électron. La sortie du circuit proposé sera si el et e2 sont respectivement les tensions des générateurs (57) et (58) on a E sortie : R1 + R2 .(vue 2 V R2 BE 2 BE1 Soit en combinant les équations E sortie = -kT ( R1 + R2 ) log ( el Rb q R2 e e2 Ra Le signal e2 permet de déterminer IREF (figure (24) Limites de la loi théorique La tension d'offset de (54) et(55) devient sensible dès qu'elle est non négligeable devant el et e2. Le courant d'offset de (54) et (55) est négligeable si l'on choisit par exemple un LM 108 de chez NSC. Dès que l'influence due à la résistance émetteur base des transistors bipolaires devient non négligeable devant les résistances Ra et R b, la loi théorique n'est pas respectée. La conséquence d'une diminution de Ra se traduit par une modification de la partie superieure (46) de la courbe indiquée figure (25). Supposons maintenant que l'on injecte en (59) figure (26) un deuxième courant fixe, défini par le rapport entre la tension e3 du genérateur 60 et la résistance Rc (61). La methode de calcul indiquée precedem- ment permet d'obtenir la formule suivante E sortie = -kT ( R1 + R2 ) loge ( el Rc - e3 Ra ) Rb q R2 e2 Ra Rc La pente de la courbe est donnée par R 1, R2 cette cette pente est à modifier en fonction de la loi de variation à linéariser. Si cette dernière correspond à une puissance faible de la variable, il convient de diminuer en conséquence la pente. Le terme introduit par i = e3 fait dévier la réponse du circuit de la loi théorique précédemment indlcquee, par exemple en (47) figure (25) Les résultats de laboratoire confirment la théorie : la partie inférieure de la courbe de reponse s'incurve, vers le haut si e3 est de même polarité que el et inversement. On dispose donc de trois moyens permettant d'agir sur la courbe de réponse: La pente, la diminution ou l'augmentation de Ra et/ ou de Rb , l'injection d'un courant fixe sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel (55) Il est bien évident que tout ce qui est exposé ci-dessus à propos de ce circuit électronique s'applique aux transistors, autres que bipolaires, NPN ou PNP ; La variation E sortie = f (E entrée) suivra une autre louais la linéarisation reste réalisable. Notons qu'en injectant le signal à linéariser à la place de (58) le courant IPEF serait alors I REF = el ; e3 serait appliquée à travers (53) sur l'en tree inverseuse de l'ampliw cateur opérationnel (54) . Dans cette configura- tion la polarité du signal de sortie est la même que celle du signal d'entrée. Dans tous les cas, il convient de prendre des précautions impé ratives connues quant à la stabilité des amplificateurs opérationnels (à cause des transistors qui utilisés base commune augmentent le gain de boucle),quant à la protection des transistors à propos d'une inversion de polarité d'entrée et enfin quant à la dérive thermique. A propos de la dérive thermique, nous indiquerons deux solutions connues pour maintenir une pente constante : soit rendre R2 variable avec la température ambiante de façon à compenser le système, soit thermostater les transistors (49) et (52). En ce qui concerne la compensation de la variation des résistances base émetteur des transistors (49) et (52) en fonction de la tem pérature ambiante, deux procédés peuvent être employés : soit thermostater comme précédemment les transistors- (49) et (52), soit placer en série avec (53) (56) (61) un elément de compensation inséré dans un réseau de résistance (thermistance, résistance platine, silistance etc...) Si les transistors sont judicieusement utilisés, assembles et compensés, ce circuit de linéarisation est stable en fonction de la temperature ambiante. Il est reproductible, son reglage peut être réalisé industriellement grace à une table XY dont la programmation n'entre pas dans le cadre de la présente invention. Une précision de linéarisation de 0,1 à 0,2 % est réalisable, un coefficient de température de 0,04% par degré celsius de 0 à 500C. est atteint si les précautions d'autocompensations connues et indiquées sont prises. Nous ajouterons que ce circuit permet dans les mêmes conditions de linéariser le rapport de deux variables qui suivent une loi ou qui divergent des lois théoriques y = flog ( ici )) ou log (VI ic2 V2 par exemples : mesure de translucidité ou mesure de rapports de luminences dans le cas de pyromètres bicolores. Dans ce cas, en combinant la modification de pente décrite précédemment avec les actions indiquées ci-dessus à chaque entrée inverseuses des amplificateurs opérationnels (54) et (55) on arrive à faire coincider la réponse du circuit à la courbe idéale de linéarisation. REVENDICATIONS : 1 - Dispositif mécanique d'une seule pièce composée d'une partie avant et d'une double partie arrière caractérisée par le fait qu'il : est relié mécaniquement à un système capable de faire converger des rayonnements. sur un détecteur monté au niveau de la partie avant , rassemble les circuits électroniques et l'alimentation secteur sur les bras de liaison et les organes de réglage et les accessoires de raccordement électriques sur la double partie arrière. 2 - Dispositif selon la revendication (1) caractérisé par le fait qu'il existe un bossage rapporté ou de moulage accolé à la partie avant et situé entre les bras de liaison. 3 - Dispositif selon la revendication (2) caractérisé par le fait qu'outre un alésage dans le bossage dans l'axe de révolution du dispositif selon la revendication (2), il existe également dans le bossage un usinage perpendiculairement audit alésage. 4 - Dispositif caractérisé par le fait que la lame, rapportée sur une embase ou venant de moulage avec cette dernière, en métal poli ou en plastique rendu reflechissant, l'ensemble étant tel que le vecteur inertie est sur l'axe de rotation, entrainée par un moteur constitue un modulateur de faisceau incident avec référence de phase possible. 5 - Dispositif caractérisé par le fait que dans un cylindre, deux trous perpendiculaires polis ou rendus réfléchissants ou non sont percés dans un même plan perpendiculaire à l'axe de révolution de telle sorte que la matière restant à la périphérie du cylindre soit égale aux diamètres des trous lesquels sont égaux entre eux , entrains par un moteur constitue un modulateur de faisceau incident avec référence de phase possible. 6 - Dispositif selon la revendication (3) pouvant recevoir les dispositifs des revendications (4) et (5). 7 - Dispositif caractérisé par le fait qu'une pièce cylindrique à une coupe à 450 et deux alésages à 900 dont les axes sont à 450 de ladite coupe et passent sur cette derniere au même point. 8 - Dispositif selon la revendication (7) caractérisé par le fait qu'il peut recevoir fixe(s) par colle ou tout autre procédé d'une part sur la coupe a d50 soit une lame semi réfléchissante, soit un miroir de couleur, soit une lame séparatrice, soit un miroir percé, et d'autre part dans les alésages, à l'opposé de la coupe à 450, un ou deux détecteurs sensibles aux rayonnements à détecter. 9 - Dispositif selon la revendication (3) caractérisé par le fait qu'il peut recevoir les dispositifs caractérisés par les revendications (7) et (8). 10 - Dispositif selon la revendication (2), caractérisé par le fait que deux usinages ont été réalisés dans le bossage de telle sorte qu'ils puissent recevoir d'une part un des dispositifs selon les revendications (4) et (5) et d'autre part un dispositif selon les revendications (7) et (8). 11 - Dispositif caractérisé par le fait qu'il peut recevoir une lentille être raccordé aux dispositifs selon revendications (1) et (2) et être fixé sur pattes ou colliers et bloqué par une bague filetée. 12 - Dispositif caractérisé par le fait qu'peut recevoir une lentille être fixé directement sur une bride et être raccordé aux dispositifs correspondants aux revendications (1) et (2). 13 - Dispositif caractérisé par le fait qu'il est constitué par une hémisphère qui sera selon les applications,absorbante ou réfléchissante, percée d'une part dans l'axe de révolution qui est perpendiculaire au plan délimitant la demi-sphère, et d'autre part, par exemple pour être employé dans le cadre du brevet français nO 72.34685,recevra un deuxième perçage à 450 de l'axe de révolution. 14 - Dispositif selon la revendication (13) caractérisé par le fait qu'il se monte sur les dispositifs correspondants aux revendications (1) et (2) 15 - Dispositif caractérisé par le fait que constitué par une double enveloppe cylindrique étanche, munie d'une entrée et d'une sortie de fluide de refroidissement, se monte à l'extérieur sur les dispositifs objets des revendications (1) et (2). 16 - Dispositif caractérisé par le fait qu'il s'agit d'une extension du dispositif selon revendication (15), possède outre une deuxième liaison mécanique sur la bride objectif objet des revendications (11) ou (12) et à l'arrière, autorise outre les liaisons électriques étanches de monter un bouchon, ces dispositions permettant d'obtenir une double étanchéité. 17 - Dispositif caractérisé par le fait qu'il s'agit d'une bague permettant de fixer les lentilles dans les dispositifs objet des revendications (11) et (12) et par un jeu d'usinages d'alimenter en gaz un ensemble de trous d'une part dans le plan ou proche du plan de la lentille à l'avant de celle ci et d'autre part à l'extérieur du cercle correspondant à l'ouverture de la lentille et parallèlement à l'axe qui passe par les foyers de la lentille. 18 - Dispositif électronique caractérisé par un circuit analogique connu, utilisant des amplificateurs opérationnels, des transistors, des résistances et des capacités, délivrant un signal électrique proportionnel à un rapport de logarithme, modifié de façon à incurver : le haut de la courbe de réponse en amenant la valeur de résistance d'entrée à ne pas etre négligeable devant la résistance base émetteur du transistor d'entrée, le bas en injectant une tension fixe adequate à travers une résistance convenablement choisie sur l'entrée inverseuse de l'amplificateur opérationnel d'entrée. 19 - Dispositif selon la revendication (18) caractérisé par le fait que le signal d'entrée et le courant fixe sont injectés sur l'entrée inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel, le signal fixe de polarisation qui y était précédemment injecté est appliqué sur l'entrée inverseuse du premier amplificateur opérationnel. 20 - Dispositif selon revendication (18) caractérisé par le fait qu'un deuxième signal variable et un deuxième courant fixe de correction est injecté à l'entrée inverseuse du deuxième amplificateur opérationnel permettant de traiter la courbe correspondante à deux variables liées par une loi physique. 21 - Dispositif selon les revendications (18), (19), (20), caractérisé par le fait que des transistors quelconques NPN ou PNP sont utilisés à la place des transistors bipolaires.