Brevet FR2578983A2 — publié le 19860919

FR 2578983 A2 19860919 FR 8503990 A 19850312 L'invention concerne des perfectionnements de la demande de brevet NO 84/1Q.286 du 21 Juin 1984. Plus précisément, ces perfectionnements sont relatifs à des procédés de construction de systèmes micro-ondes et à un procédé de traitement du signal par corrélation. Elle trouvera notamment sot t application en cinémométrie, télémétrie, asservissement de direction et de poursuite, détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau à partir de capteurs fonctionnant au contact ou sans contact. Comme il est rappelé dans la demande de brevet NO 34110. 286, actuellement, les principales techniques utilisées en cinémométrie font appel à l'effet Doppler. Ce phénomène trouve de nombreuses applications et en particulier, il est utilisé pour connaître avec précision la vitesse d1un mobile, en émettant une onde de fréquence donnée en direction du mobile, et en analysant la fréquence réfléchie par le dit mobile. Cependant, le cinémomètre fondé sur lleffet Doppler est peu sensible lorsque la distance de la source à l'objet sous investigation varie peu au cours du temps par exemple lorsque le déplacement de l'objet est perpendiculaire à la direction d'observation. La technique décrite dans la demande de brevet NO 84110286 est différente, et s'applique en particulier au cas où le mobile se déplace perpendiculairement à la direction d'observation. Par ailleurs, cette invention peut-notamment s'appliquer à la mesure de la distance séparant le mobile du point d'observation, à partir des signaux obtenus, en modifiant les conditions expérimentales telles que notamment la distance des mobiles, la distance entre les antennes A1, A21 A 1w A'2. Actuellement, les techniques d'asservissement de direction ou de poursuite utilisées font généralement appel soit à l'effet Doppler, soit à une mesure du temps de propagation d'une onde incidente et réfléchie. La détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau fait appel à différentes techniques telles que notamment à rayons X ou à échographie ultrasonore, mais il est intéressant de mettre en oeuvre des ondes de natures différentes telles que les micro-ondes qui seront sensibles à d'autres paramètres physiques et notamment la permittivité complexe du milieu à la fréquence de travail. De telles ondes pourront donc être capables d'apporter des informations différentes ou complémentaires. Actuellement, il existe déjà des méthodes de contrôle non destructif de matériaux, mais celles-ci sont fondées uniquement sur la transmission en micro-ondes pour un seul faisceau entre une antenne émettrice et une antenne réceptrice. Le procédé décrit dans le brevet principal français NO 84110.286 est plus riche d'information car il met en oeuvre plusieurs faisceaux, en tenant compte en plus des différences de déphasage introduit par ces trajets, grâce à l'utilisation d'un corrélateur. Le but principal du présent certificat d'addition est de proposer des perfectionnements au procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation décrit dans le brevet principal. En particulier, en cinémométrie, le procédé de la présente invention permet d'effectuer des mesures en plaçant le ou les dispositifs récepteurs tels que la direction d'observation des antennes soit perpendiculaire à la trajectoire du mobile. Conjointement à la mesure de vitesse et simultanément, le procédé de la présente invention permet également de mesurer la distance ou la variation de distance du mobile par rapport au point d'observation. Une variante du procédé de la présente invention consiste à déceler le cas où le mobile est situé juste sur la direction d'observation du récepteur, c'est-à-dire l'axe imaginaire perpendiculaire au milieu du segment joignant les antennes de réception ; dans ce cas, le signal dé sortie est maximal, ainsi l'invention trouve son application dans le pilotage d'engins télécemmandés ou de véhicules. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation qui trouvera notamment son application dans la détection de l'évolution au cours du temps d'un paramètre physique électro-magnétique en fonction d'un autre paramètre physique du matériau. Un autre but de la présente invention est de proposer un procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation qui trouvera notamment son application dans la détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans les caractéristiques d'un matériau. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre qui n'est cependant donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. Le procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation qui utilise le rayonnement micro-onde, des antennes de réception des micro-ondes et au moins un corrélateur, selon la revendication 1 du brevet principal français N0 84!10.285 du 21 'uin 1984, par lequel - on émet un rayonnement micro-onde unique à l'aide d'une source de micro-ondes dont les caractéristiques sont déterminées et d'une antenne d'émission A, - on capte à l'aide d'antennes de réception A1, A2,situées en différents points, le rayonnement micro-onde émis, - on dirige les signaux perçus par les antennes de réception A1, A2, vers un ou plusieurs corrélateurs, - on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie du ou des corrélateurs, est caractérisé par le fait que l'on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie du ou des corrélateurs par tout dispositif permettant d'extraire le fondamental du signal de sortie ou de mesurer l'intervalle de temps séparant deux passages au zéro du dit signal de sortie. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description suivante accompagnée des dessins en annexe parmi lesquels - la figure 1 schématise un dispositif de mise en oeuvre du procédé de traitement du signal par corrélation selon la présente invention, - les figures 2a et 2b représentent les signaux de sortie du corrélateur dans un cas d'application à la télémétrie pour le cas de deux vitesses différentes, - la figure 3 illustre un dispositif de mise en oeuvre du procédé de la présente invention appliqué à la cinémométrie, - la figure 4 représente un détail du corrélateur utilisé pour mettre en oeuvre le procédé de la présente invention, - la figure 5 représente un détail d'un autre mode de réalisation du corrélateur utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention, - la figure 6 schématise un dispositif de détection de l'évolution au cours du temps d'un paramètre physique électromagnétique en fonction d'un autre paramètre physique dans un matériau, selon la présente invention - la figure 7 schématise un dispositif de détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau selon le procédé de la présente invention. La figure 1 schématise une installation de mise en oeuvre du procédé de traitement du signal par corrélation tel qu'li a été décrit dans le brevet français principal ND 84110.236 du 21 Juin 1934. Le procédé de traitement du signal par corrélation fait appel à un rayonnement micrtonde schématisé à la figure 1 sous la référence 1 engendré par un générateur 2 qui est une source microonde associée à une antenne A qui rayonne les micro-ondes 1 de fréquence f Le rayonnement, par deux antennes A1 et A2 distantes d'une distance ZD est dirigé vers un corrélateur 3 qui fournit un signal de sortie S(t). Selon la présente invention1 on utilise un générateur de micro-onde de caractéristiques déterminées travaillant à fréquence fixe, ou à différentes fréquences, ou dont on fait varier la fréquence de façon continue ou de façon discrète au cours du temps Le procédé de construction de systèmes de micro-ondes et de traitement du signal par corrélation consiste à émettre un rayonnement micro-onde par le dit générateur de misroeonde dont les caractéristiques sont décrites ci-dessus ainsi qu'au moyen d'une antenne d'émission A, à capter à l'aide d'antennes de réception A1 A2, situées en différents points, le rayonnement micro-onde émis, à diriger les signaux perçus par les antennes de réception A1 A2 vers un ou plusieurs corrélateurs. Selon la présente invention, on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie du ou des corrélateurs, tels que représentés à la figure 2a ou 2b, par tout dispositif permettant d'extraire le fondamental du signal de sortie ou de mesurer 11intervalle de temps séparant deux passages au zéro du dit signal de sortie. 11 est ronnu que si l'on désigne par v1 (t) le signal perçu par l'antenne A1 et v2(t) le signal perçu par lianten: A2, le corrélateur fournit en sortie un signal 5(t) tel que = S = K v1tt).v2 * (t-?) = KV1V2 cos (t CP + 2tut) relation dans laquelle K est une constante caractéristique du circuit, v T (t) et v2(t) sont les tensions captées par les antennes respectivement dont les amplitudes sont émet V w est le déphasage qui 2' correspond à la différence des trajets de l'onde entre l'antenne d'émission A et les antennes de réception A1 et A2, À est le temps de retard introduit par le corrélateur 3. Puisque dans le cas présent, on connait la nature du signal d'émission, Iganalyse du signal de réception permet de déterminer la configuration particulière dans laquelle le signal est émis et perçu par le corrélateur. Ce procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation de la présente invention trouve de nombreuses applications dans la cinémométrie, la télémétrie, l'asservissement de direction et de poursuite, la détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans les matériaux. Certaines de ces applications ont déjà été décrites dans le brevet principal français NO 84/10.286, d'autres applications seront étudiées dans la suite de la description. II est à remarquer que dans toute la description, il est fait référence aux micro-ondes, mais il s'agit toutefois d'une notion large qui peut être étendue à tout rayonnement électro-magnétique ou en acoustique. La figure 1 représente une application à la cinémométrie pour la mesure de vitesse d'un mobile dont la direction de déplacement sera de préférence parallèle à l'axe imaginaire joignant les antennes A1 et A2 de réception. Dans cette application décrite dans le brevet principal, la source de micro-onde est fixée au mobile non représenté à la figure 1. En prenant en considération les relations écrites précédemment donnant l'amplitude du signal S(t) de sortie du corrélateur, on obtient un signal de sortie en fonction du temps qui est du type donné aux figures 2a et 2b. Dans ces conditions, en exploitant le spectre de fréquence de S(t) par transformée de Fourier ou par tout autre dispositif permettant d'extraire le fondamental du signal ou de mesurer l'intervalle de temps séparant deux passages au zéro du signal S(t), il est possibie alors de déterminer la distance et la vitesse du mobile, ceci notamment sans contact et à l'aide du même capteur. La figure 3 reprend une variante du procédé de traitement du signal par corrélation appliquée à la cinémométrie ne nécessitant pas un embarquement de la source de micro-onde 2 à bord du mobile dont on veut connaitre la vitesse. Dans ce procédé illustré à la figure 3 et déjà décrit lors du brevet principal NO 84110.286, le mobile pourra être équipé d'une antenne 5 ou tout autre dispositif passif permettant de réfléchir le signal incident t. Notons que selon la présente invention, les antennes utilisées peuvent être de types différents : antenne parabolique, antenne cornet, antenne "patch" ou plaquée, fonctionnant à distance en champ proche ou en champ lointain ou au contact. II est à remarquer également que l'antenne d'émission A représentée à la figure 3 pourra être située par exemple entre les antennes de réception A1 et A2 mais pourra être également placée à une autre position. Les figures 4 et 5 représentent des détails de réalisation du corrélateur 3 utilisé pour la mise en oeuvre du procédé de la présente invention. Le corrélateur peut être notamment réalisé en utilisant un "réseau 6 ports" (6 ports network) tel que le montre la figure 4 qui en fonction des entrées v (t) et v2tt) donne en sortie les signaux V 1V2 cos T et V 1V2 sin Le corrélateur pourra également être réalisé en employant un coupleur hydribe 180 degrés suivi de deux détecteurs tel que le montre la figure 5 et qui pour deux signaux d'entrée V1 (t) et V2 (t) donne un signal de sortie proportionnel à V1 V2 cos En ce qui concerne l'application du procédé de la présente invention dans le cas d'asservissement de direction et de poursuite, en considérant le cas envisagé à la figure 1, la source de micro-onde 2 fixe et le corrélateur 3 mobile ou la situation inverse, lorsque le corrélateur 3 se déplace sur l'axe qui le relie à la source d'émission de micro-onde 2 c'est-à-dire quand é déphasage w est égal à zéro, le signal de sortie du corrélateur 3 est maximum pour 0, ce qui correspond à la relation exposée précédemment. Cette propriété peut être exploitée pour réaliser un asservissement de direction ou de poursuite, ce procédé pouvant être étendu à l'espace en utilisant trois antennes de réception répartis selon trois coordonnées perpendiculaires entre elles. Pour augmenter la précision du procédé, il est préférable de travailler avec un signai de sortie nul tel que S[t) = 0. Ainsi, selon la présente invention, on agit sur le temps de retard du corrélateur de façon continue ou de maçon discrète et l'on ajuste le temps de retard g du corrélateur à une valeur préférentielle égaie à 1/4 f avec f valeur de la fréquence du signal d'émission La figure 6 ssapplique au procédé de la présente invention dans le cas de la détection de l'évoludon au cours du temps d'un paramètre physique électromagnétique en fonction d'un autre paramètre physique dans un matériau tel l1humidité ou un hétérogénéité de structure. Elle trouvera notamment son utilisation pour regarder l'évolution de la permittivité complexe d'un matériau en fonction de sa température. Dans ce cas et selon la présente invention, on réalise les étapes suivantes - on émet un rayonnement de micro-onde 1 engendré à l'aide d'une source de micro-onde 2 fixe et d'une antenne d'émission A, - on capte le rayonnement micro-onde émis à l'aide d'antennes de réception A1 et A2 dont les signaux de sortie sont dirigés vers un corrélateur 3 dont on analyse le signal de sortie, - on interpose entre l'antenne d'émission A et les antennes de réception A1 et A2 le matériau 9 à tester dont les caractéristiques physiques sont susceptibles d'évoluer dans le temps, la zone sous investigation 10 du dit matériau 9 étant fixe par rapport aux antennes A, A1 et A2. Tant que la zone 10 du matériau 9 &commat; à tester soumise aux rayonnements possède les mêmes propriétés de structure, le signai de sortie S(t) demeure constant. Aussitôt que la permittivité complexe de la zone 10 du matériau évolue en fonction de la température, cette modification est décelée par une variation du signal S(t) de sortie du corrélateur 3 qui peut permettre de contrôler cette évolution de propriété de la zone 10. La figure 7 s'applique au procédé de la présente invention appliqué à la détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau. Dans le brevet principal français NO 84110.286, il a été décrit un procédé de traitement du signal par corrélation qui utilisait une source de micro-ondes reliée à une antenne d'émission A, des antennes de réception A1 et A2 fixes, le dit matériau à examiner étant en mouvement relatif par rapport aux antennes de réception et d'émission, les dites antennes d'émission et de réception étant situées de part et d'autre du matériau à étudier. Selon la présente invention, dans le cas de détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau, tel que notamment des variations ou des discontinuités de conductivité dans un conducteur, comportent les étapes suivantes - on émet un rayonnement de micro-onde engendré à l'aide d'une source de micro-onde 2 fixe et d'une antenne d'émission A, - on capte le rayonnement micro-onde émis à l'aide d'antenne de réception A1, A2 dont les signaux de sortie sont dirigés vers un corrélateur 3 dont on analyse le signal de sortie, - on fait défiler, parallèlement à l'axe imaginaire reliant les deux antennes de réception A1 et A2, le matériau à tester il , les dites antennes A, A 1 A2 étant toutes disposées du même côté du matériau il en mouvement relatif. Dans ce cas, le signal émis par A est ensuite capté par A1 et A2 après avoir traversé une partie du matériau. Ce procédé peut servir notamment à déceler des variations de conductivité du matériau testé ou des discontinuités dans le matériau puisque ces variations vont induire des modifications observables du signal de sortie S. D'autres mises en oeuvre de la présente invention, à la portée de l'Homme de l'Art, auraient pu être envisagées sans pour autant sortir du cadre de celle-ci. REVENDICATIONS 1. Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signai par corrélation qui utilise le rayonnement micro-onde (1), des antennes de réception A1 et A2 des micro-ondes et au moins un corrélateur (3) selon la revendication 1 du brevet principal français N0 34/110.286 du 21 Juin 1984, caractérisé par le fait que l'on analyse le spectre de fréquence du signal de sortie du ou des corrélateurs par tout dispositif permettant d'extraire le fondamental du signal de sortie QU de mesurer l'intervalle de temps séparant deux passages au zéro du dit signal de sortie. 2. Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on émet un rayonnement micro-onde (1) par un générateur de micro-onde (2) travaillant à lFrecuence fixe, ou à différentes fréquences ou dont on fait varier la fréquence de façon continue ou de façon discrète au cours du temps. 3. Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation qui trouvera notamment son application à l'asservissement de direction ou de poursuite selon la revendication 1, caractérisé par le fait que: - on émet un rayonnement de micro-onde engendré à l'aide d'une source de micro-onde (2), - on capte le rayonnement micro-onde émis à l'aide d'un couple d'antenne de réception, - on dirige les signaux perçus par les antennes de réception vers un corrélateur 3, - on agit sur le temps de retard du corrélateur 3 de façon continue ou de façon discrète, la source de micro-onde 2 étant fixe, les antennes et le corrélateur 3 étant mobiles, ou la situation inverse. 4. Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation selon la revendication 3, caractérisé par le fait que l'on ajuste le temps de retard du corrélateur 3 pour que sa valeur soit égale à 1/4f avec f = frequence du signal d'émission. 5. Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation selon la revendication 1, qui trouvera notamment son application dans la détection de l'évolution au cours du temps d'un paramètre physique électromagnétique en fonction d'un autre paramètre physique dans un matériau, tel que notamment l'évolution de la permittivité complexe d'un matériau en fonction de sa température, caractérisé par le fait que - on émet un rayonnement micro-onde (1) engendré à l'aide d'une source micro-onde (2) fixe et d'une antenne d'émission (A), - on capte le rayonnement micro-onde émis à l'aide d'antennes de réception A1, A2 dont les signaux de sortie sont dirigés vers un corrélateur (3) dont on analyse le signal de sortie, - on interpose entre l'antenne d'émission A et les antennes de réception A1 et A 2, le matériau ( 91 à tester dont les caractéristiques physiques sont susceptibles d'évoluer dans le temps, la zone 110) sous investigation du dit matériau 19) étant fixe par rapport aux antennes A, A1 et 6.Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation selon la revendication t, qui trouvera notamment son application dans la détection d'hétérogénéité et de discontinuité dans un matériau, tel que notamment des variations ou des discontinuités de conductivité, caractérisé par le fait que:: - on émet un rayonnement micro-onde (1) engendré à l'aide d'une source micro-onde fixe et d'une antenne d'émission A, - on capte le rayonnement micro-onde émis à l'aide d'antennes de réception A1, A2 dont les signaux de sortie sont dirigés vers un corrélateur (3) dont on analyse le signal de sortie, - on fait défiler, parallèlement à l'axe imaginaire reliant les deux antennes de réception A1, A2, le matériau à tester (1i), les dites antennes A, A1, A2 étant toutes disposées du même côté du matériau (11) en mouvement relatif. 7. Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal du signal par corrélation, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise des antennes de types différents telles que notamment des antennes paraboligues, des antennes cornets, des antennes "patch" ou plaquées, fonctionnant à distance ou au contact. 8. Procédé de construction de systèmes micro-ondes et de traitement du signal par corrélation, selon la revendication 1, caractérisé par le fait que l'on utilise un corrélateur micro-onde mettant en oeuvre un coupleur hydride 180 suivi de deux détecteurs.