Brevet FR2567651A1 — publié le 19860117

EQUIPEMENT DE MESURE DE VITESSE D'UN PROJECTILE PAR INTERFEROMETRIE, UTILISANT UN FAISCEAU LASER PROPAGE PAR UN GUIDE D'ONDE OPTIQUE UNIQUE La présente invention concerne un equipement de mesure de vitesse d'un projectile par interfé- rométrie, utilisant un faisceau laser propagé par un guide d'onde optique unique. Elle s'applique notamment à la mesure de la variation de la vitesse d'un projectile par interférométrie DOPPLER, à L'aide d'un inter- féromètre de PEROT-FABRY. I1 est connu de mesurer la variation de la vitesse d'un projectile optiquement réflecteur ou diffuseur par interférométrie D6PPLER, à l'aide d'un équipement comprenant : - un premier ensembLe permettant Iséclaire- ment du projectile et la récupération de la lumière réfléchie ou diffusée par celui-ci, ce premier ensemble étant généralement placé à l'air libre compte tenu de La puissance du propulseur, - un second ensemble placé dans une zone protégée des effets du propulseur et du projectile et comprenant essentiellement un Laser, des moyens de mesure interférométrique et des moyens pour diriger la lumière récupérée dans le premier ensemble, en direction de ces moyens de mesure interférométrique, et - des moyens optiques de propagation, prévus pour transmettre le faisceau issu du laser au premier ensemble et pour transmettre la lumière récupérée dans ce premier ensemble au second ensemble. Ces moyens- de propagation sont réalisés à l'aide de composants optiques cLassiques tels que des miroirs et des lentilles, placés à l'air libre. Un tel équipement présente les inconvénients suivants : dans la zone non protégée des effets du propulseur et du projectile, les utilisateurs de l'équipement sont contraints d'effectuer des réglages en présence du faisceau laser et leurs retines risquent d'être détruites par celui-ci, compte tenu des réflexions parasites que présentent Les composants précités. En outre, les conditions atmosphériques peuvent modifier les positions relatives de ces composants, ou les altérer, obligeant les utilisateurs à recommencer Leurs réglages. La présente invention a pour but de remédier aux inconvénients précédents. Elle a pour objet un équipement de mesure de vitesse d'un projectile optiquement réflecteur ou diffuseur par interférométrie, utilisant un faisceau laser, cet équipement comprenant : - un premier ensemble qui comporte des premiers moyens prévus pour diriger le faisceau laser sur le projectile et pour récupérer la lumière réflechie ou diffusée par celui-ci, - un second ensemble qui comporte des moyens de mesure interférométrique et des second moyens prévus pour former le faisceau laser, pour recevoir la lumière récupérée par Les premiers moyens et pour diriger cette lumière vers les moyens de mesure interférométrique, et - des moyens optiques de propagation, permettant la propagation de lumière entre le premier ensemble et le second ensemble, caractérisé en ce que les moyens optiques de propagation comprennent un guide d'onde optique unique dont une extrémité est reliée aux premiers moyens et dont L'autre extrémité est reliée aux seconds moyens. L'utilisation d'un guide d'onde optique, tel qu'une fibre optique monomode ou multimode, permet de s'affranchir de toute réflexion parasite et de tout réglage des moyens optiques de propagation. En outre, Le premier ensemble tui-même, dont Les dimensions sont généralement faibles, peut être préréglé en laboratoi- re par rapport au projectile et L'on n'a donc plus aucun réglage à faire avant L1expérience, dans la zone non protégée. Finalement, avant l'expérience, la sécu- rité vis-å-vis du faisceau laser est totate dans cette zone. Selon un mode de réaLisation particuLier de L1équipement objet de l'invention, te premier ensembLe comprend un support qui est rigidement tié au projet tile dans sa position initiale, tes premiers moyens sont montés sur ce support et L'extrémité du guide d'onde optique est disposée en regard des premiers moyens et à l'opposé du projectile par rapport audits premiers moyens Selon un autre mode de réalisation particu- tiers les seconds moyens comprennent - un Laser, - une première optique de liaison montée en regard du laser, l'autre extrémité du guide d'onde optique étant disposée en regard de la première optique de liaison et a l'oppose du laser par rapport à cette première optique de liaison, - des moyens de réflexion optique prévus pour capter la Lumière issue de La première optique de liaison, en retour du premier ensemble, et pour diriger cette lumière vers les moyens de mesure interfÇro- métrique, et une seconde optique de liaison destinée à faire converger convenablement la lumière issue des moyens de réflexion optique, vers les moyens de mesure interférométrique. On notera que l'invention utilise avents geusement un guide d'onde unique pour transporter te faisceau laser du second ensemble au premier et pour transporter La lumière renvoyée par le projectile du premier ensemble au second. La présente invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui suit, d'un exempLe de réalisation donné à titre indicatif et nullement Limitatif, en référence à ta figure unique annexée. Sur cette figure, on a représenté schématiquement un mode de réalisation particulier de L'qui pement objet de l'invention. Cet équipement comprend un premier ensemble 2, un second ensemble 3 et un guide d'onde P qui reLie ceux-ci.ct qui est constitué par une fibre optique 4 par exempte multimode. Bien entendu, on pourrait également utiliser plusieurs fibres optiques raccordées entre elles par des connecteurs appropriés. Le premier ensemble 2 comprend un support 5, une lentille convergente 6 montée sur ce support, un projectile 7 rigidement solidaire du support 5 et destiné à être projeté en direction de ce dernier par un propulseur non représenté. Le projectile 7 est disposé en regard de la lentille 6. Le premier ensemble 2 comprend en outre un tronçon de fibre optique multimode â montée sur le support 5 selon l'axe de la lentille 6 et situé à L'opposé du projectile 7 par rapport à cette Lentille. Celle des extrémités du tronçon 8 qui n1 est pas directement en regard de la lentille 6 est pourvue dsun connecteur 9. Le premier ensemble 2 est réglé en laboratoire avant L'expérience de mesure. La distance focaLe de la lentille 6 et la position relative de celle-si par rapport au projectile et au tronçon de fibre optique sont choisies en fonction de l'expérience à réaliser, et en particulier de La dimension de la tache lumineuse que t'on souhaite farter sur te projectile et de la course utile de ce dernier.En pratique, la lentille 6 est une lentille convergente dont la distance focale est de l'ordre de quelques millimètres, l'extrémité du tronçon 8 située directement en regard de cette lentille étant placée sensiblement en un foyer de celle-ci, de façon à envoyer sur le projecti- le un faisceau Lumineux sensiblement parallèle ou à former l'image de l'extrémité du tronçon 8 sur ou près du projectile. Le second ensemble 3 comprend une lentille convergente 10, un tronçon de fibre optique multimode 11 dont une extrémité est disposée sensiblement en l'un des foyers de la lentille 10 et dont l'autre extrémité est pourvue d'un connecteur 12, un laser 13 apte à envoyer un faisceau sur la lentille 10 suivant l'axe de celle-ci, et des moyens de mesure interféro- métrique 14, le laser 13 étant à L'opposé du tronçon il par rapport à la lentille 10. Ces moyens de mesure interférométrique 14 comprennent, de façon connue, un interféromètre de PEROT-FABRY 15, une lentille 16 disposée à la sortie de cet interféromètre, un moyen de matérialisation 17 pouvant être une fente d'analyse ou un écran fluorescent plan placé à la suite de la lentille 16 et une caméra opto-6lectronique à balayage 18 disposée à la suite du moyen 17 et prévue pour capter avec son objectif d'entrée les traces Lumineuses formées dans le plan du moyen 17. La caméra 18 est reliée à des moyens 19 de traitement et éventuellement de visualisation, des signaux électriques ou optiques qu'elle est capable de fournir. Les extrémités de la fibre optique 4 sont pourvues de connecteurs 20 et 21 qui sont respectivement complémentaires des connecteurs 9 et 12 et raccordés à ceux-ci, de façon à établir une liaison opti que entre les tronçons 8 et 11. Le faisceau émis par le laser 13 est injecté dans le tronçon de fibre optique 11 par l'intermédiaire de la lentille 10. Ce faisceau se propage dans la fibre 4 et parvient au tronçon de fibre optique 8, à partir duquel il est envoyé sur le projectile 7 qui, sous l'impact du faisceau laser renvoie de la lumière en direction de la lentille 6. Celle-ci permet d'injecter la lumière renvoyée par le projectile dans le tronçon de fibre optique 8. Après s'être propagée dans la fibre optique 4 puis dans le tronçon de fibre optique 11, la lumière est extraite de celui-ci et atteint la lentille 10 d'où elle sort en formant un faisceau lumineux sensiblement parallèle. Le second ensemble 3 comprend également un ensemble de miroirs 23, 25 prévus pour envoyer ce faisceau lumineux parallèle sur l'entrée de l'interféromètre 15 ainsi qu'une lentille cylindrique 22 qui a pour fonction de faire converger convenablement ce faisceau. Dans l'exemple représenté, on utilise un premier miroir 23 comportant une ouverture centrale 24 et un second miroir 25. Le premier miroir 23 est disposé au voisinage du laser 13 et de façon que le faisceau émis par celui-ci traverse l'ouverture 24. En outre, les dispositions relatives des miroirs 23, 25, du tronçon de fibre optique 11, du laser 13, de la lentille 22 et de l'interféromètre 15 sont prévus pour que le faisceau lumineux parallèle issu de La lentille 10 se réfléchisse sur le premier miroir 23 puis sur le second miroir 25 pour parvenir à l'entrée de l'inter férométre 15 après avoir traversé la lentille 22. De façon connue, le moyen 17 étant un écran fluorescent, lorsque le projectile 7 est propulsé en avant, on observe sur cet écran 17 des anneaux d'in terférence concentriques dont les diamètres évoluent Gracie à la caméra 18 et aux moyens de traitement 19, on analyse les variations en fonction du temps, du diamètre de l'un quelconque ou de plusieurs de ces anneaux, de manière à déterminer la variation de vi- tesse du projectile 7. Les lentilles 10 et 22 et tes miroirs 23 et 25 sont montés sur une platine 26 et munis de moyens de positionnement par rapport à cette platine, de façon à pouvoir régler l'équipement Le second ensemble 3 peut etre entouré un carénage 27 protégeant Les utilisateurs du faisceau laser Le carénage 27 est bien entendu pourvu Je passages pour te tronçon de fibre optique 11 et pour Les connexions entre La caméra 18 et les moyens de -trate- ment 19 si ceux-ci ne sont pas à l'intérieur du caré- nage En outre, le second ensemble 3, y compris son éventuel carénage 29, est disposé dans une salle de mesure délimitée par une. enceinte de protection 28 qui met à l'abri le second ensemble et Les utiliser tueurs de l'équipement, des effets du propulseur et du projectile L'enceinte 28 comporte une ouverture 29 permettant le passage de la fibre optique 4 Lorsque Le raccord des connecteurs 12 et 21 s'effectue à L'inté- rieur de L'enceinte, ou Le passage du tronçon de fibre optique 11 lorsque ledit raccord s'effectue à l'exté- rieur de l'enceinte 28 (cas de la figure annexée). L'ouverture pratiquée dans Le premier miroir 23 est est très petit de L'ordre de 5 mm, de façon à Limiter au maximum le passage par cette ouverture, du faisceau lumineux émergeant de la lentille 10, en retour du premier ensemble 2 En outre, la distance focale de la lentille 10, la distance entre cette ten- tille 10 et le tronçon de fibre optique Il et le dia- mètre du coeur de ce tronçon de fibre optique Il sont choisis de façon que le diamètre utile du faisceau lumineux émergeant de la lentille 10 soit sensiblement égal au diamètre utile de l'entrée de l'inter férometre 15, la tentille cylindrique 22 ayant une distance focaLe choisie pour donner juste ce qu'il faut de convergence (de l'ordre de quelques metres) audit faisceau lumineux pour permettre d'éclairer sur le moyen 17 au moins les portions utiles des deux ou trois premiers anneaux d'interférence. Enfin, les tronçons de fibre optique 8 et 11 et ta fibre optique 4 sont réalisés à partir d'une même fibre optique. L'intérêt d'utiliser des fibres optiques dans I'équipementseLon l'invention résulte encore de la possibilité de mesurer la vitesse de projectiLes en des points difficilement accessibles, ou La vitesse de projectiles à grande distance, sans aucune diffi culté de régLage, et également de la très grande stabilité des réglages, ce qui ouvre le champ d'intérêt de cette méthode au cas où le propulseur et le projectile n'ont pas d'effet destructif. L'intérêt d'utiliser une fibre optique dans L'équipement selon L'invention resulte également de la possibiLité d'éclairer le projectile sous incidence normale et de conserver en retour une quantité de lumière réfléchie ou diffusée suffisante sur une course utile importante du projectile. Bien entendu, L'invention peut bénéficier de tous les développements de la technique des fibres optiques (connexions, couplages,...). REVENDICATIONS 1. Equipement de mesure de vitesse d'un projectile (7) optiquement réflecteur ou diffuseur par interférométrie, utilisant un faisceau laser, cet équipement comprenant : - un premier ensemble (2) qui comporte des premiers moyens (6) prévus pour diriger le faisceau laser sur le projectile et pour récupérer la lumière réfléchie ou diffusée par celui-ci, - un second ensemble (3) qui comporte des moyens de mesure interférométrique (14) et des seconds moyens (10, 13, 22, 23, 25) prévus pour former le faisceau laser, pour recevoir la lumière récupérée par les premiers moyens (6) et pour diriger cette lumière vers tes moyens de mesure interférométrique (14)e et - des moyens optiques de propagation (P), permettant la propagation de lumière entre Le premier ensemble et le second ensemble1 caractérisé en ce que Les moyens optiques de propaga- tion (P) comprennent un guide d'onde optique (4, 8, 11) unique dont une extrémité est reliée aux premiers moyens (6) et dont L'autre extrémité est reliée aux seconds moyens (10, 13, 22, 23 25). 2. Equipement seLon La revendication 1, caractérisé en ce que le premier ensemble (2) comprend un support (5) qui est rigidement lié au projectile (7) dans sa position initiale en ce que les premiers moyens (6) sont montes sur ce support et en ce que l'extrémité du guide d'onde optique (4, 8, 11) est disposez en regard des premiers moyens (6) et à l'opposé du projectile par rapport auxdits premiers moyens. 3. Equipement selon L'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que les seconds moyens comprennent : - un laser (13), - une première optique de liaison (10) montée en re gard du Laser, l'autre extrémité du guide d'onde op tique (4, 8, 11) etant disposée en regard de la pre mière optique de liaison (10) et à l'opposé du laser par rapport à cette première optique de liaison, - des moyens de réflexion optique (23, 25) prévus pour capter la lumière issue de la première optique de liaison (10), en retour du premier ensemble (2), et pour diriger cette lumière vers les moyens de mesure interférométrique (14), et - une seconde optique de liaison (22) destinée à faire converger la lumière issue des moyens de réflexion optique (23, 25), vers les moyens de mesure interfé rométrique (14).