Brevet FR2603377A1 — publié le 19880304

L'invention a pour objet un dispositif comprenant des fibres optiques de Liaison aboutissant à un capteur analogique pour contrôler à distance la position d'un organe. On connait déjà des dispositifs de contrôle à distance utilisant des fibres optiques comme moyen de Liaison entre un poste de contrôle ct un capteur numérique associé à un organe dont on veut connaitre ta position ; Ces dispositifs utilisent un grand nombre de fibres optiques parce que la définition de la position de L'organe contrôlé se fait par un codage numérique. On sait aussi que toute liaison optique s'accompagne d'un affaiblissement de l'énergie transmise en raison des pertes et des dispersions dues aux fibres optiques elles-memes et aux composants optiques de raccordement tels que les connecteurs ou les coupleurs optiques. Le but principal de l'invention est de parvenir à un dispositif à fibres optiques de contrôle à distance de la position d'un organe éliminant l'influence de toutes les pertes du dispositif optique à savoir, émetteurs, connecteurs, fibres et récepteurs, tout en utilisant un nombre de fibres optiques de liaison notablement réduit en comparaison des dispositifs classiques. L'objet de l'invention est donc un dispositif fibres optiques pour le contrôle de la position d'un organe comprenant : un poste de contrôle équipé de moyens de traitement de signaux et de calcul, un capteur éloigné du poste de contrôle et relié audit poste de contrôle par une Liaison optique, Le capteur étant associé à L'organe contrôlé, caractérisé en ce que le poste de contrôle comprend - des moyens d'émission d'un signal optique, - des moyens de réception de signaux optiques, cependant que Le capteur comprend :: - un moyen de division pour répartir entre une pre mièvre voie optique et sur une seconde voie optique un signal optique venant des moyens d'émission, - une premiere voie optique partant du moyen de division, - un moyen retardateur de signal optique, situé sur cette première voie optique, - une seconde voie optique partant du moyen de division, - un élément de mesure mobile relie fonctionnel le- ment à L'organe contrôlé pour se déplacer avec ce dernier et ayant une fenêtre optique à atténuation variable de la Lumière en fonction de sa position en relation avec L'organe contrôle, cette fenêtre optique étant placée sur la seconde voie optique, - un moyen de couplage de signaux optiques relié fonctionnellement à la première voie optique et à la seconde voie optique pour recevoir les signaux venant du moyen retardateur et de la fenêtre optique de L'élément de mesure, tandis que la tiaison optique comprend une première fibre optique reliant les moyens d'émission du poste de contrôle à L'entrée du moyen de division du capteur et une seconde fibre optique reliant la sortie du moyen de couplage du capteur aux moyens de réception du poste de contrôle. La première voie optique est matériaLisée par une fibre optique qui s'etend partir d'une première sortie du moyen de division jusqu'au moyen retardateur et qui se poursuit après ce moyen retardateur jusqu'à une première entrée du moyen de couplage. La seconde voie optique est matérialisée par une fibre optique qui s'étend à partir d'une seconde sortie du moyen de division jusqu'à La fenêtre optique de L'élément de mesure et qui se poursuit après cette fenêtre optique jusqu'à une seconde entrée du moyen de couplage. De préférence, le moven retardateur est constitué par une bobine de fibre optique dont la longueur est telle qu'elle produit entre une impulsion qui emprunte La première voie optique et une impulsion qui emprunte La seconde voie optique, c'est à dire la bobine elle-meme, un décalage permettant de distinguer et de séparer ces deux impulsions. En général, une bobine d'une longueur de 40 mètres environ de fibre optique suffit à rendre possible la séparation des deux impulsions. La fenêtre optique à atténuation variable peut être constituée par un support transparent sur lequel a ete réalisé un dépôt d'une substance opaque à densité de dépôt variable en fonction de La longueur (rectiligne ou circulaire) de ce dépôt ; elle peut être constituée aussi par un support opaque dans Lequel a été découpée une fente se resserrant progressivement selon une Loi déterminée. Un dispositif conforme à l'invention permet de connaitre à distance, à partir du poste de contrôle, La position de l'organe controlé parce que la seule difference d'atténuation entre deux signaux revenant du capteur au poste de contrôle, c'est à dire entre un signal qui a emprunté La première voie optique et un signal qui a emprunté La seconde voie optique est due uniquement, comme on L'expliquera plus loin, à l'effet de la fenêtre optique dont L'opacité dépend de sa position et, par conséquent, de la position de L'organe contrôlé dont les mouvements commandent ceux de L'élément de mesure optique pourvu de cette fenêtre optique. On donnera maintenant une description d'un exemple de réalisation de l'invention. On se reportera au dessin annexe dans lequel - la figure 1 est une représentation schématique d'un dispositif selon l'invention, - les figures 2 et 3 sont respectivement des vues de face de deux éléments de mesure à fenêtre optique utilisables dans le dispositif de La figure 1. A un poste de contrôle 1 sont installés des moyens E d'émission de signaux optiques et des moyens R de réception de signaux optiques et de conversion de ces derniers en signaux électriques ; ces moyens d'émission E et ces moyens de réception R optoélectroniques sont bien connus dans la technique ; par exemple les moyens d'émission E sont des diodes électroluminescentes ou des diodes laser et tes moyens de réception R sont des photodiodes. Des moyens T de traitement des signaux électronique reçus par les moyens de réception R, et de calcul, sont connectées aux moyens d'émission E et aux moyens de réception R. Ces moyens de traitement T servent aussi à déclencher le fonctionnement sequentiel des moyens d'émission E. un endroit éloigne du poste de contrôle 1 se trouve un organe mobile 2 dont on désire connaître à tout instant la position exacte. A cet organe mobile contrôlé 2 est associé selon l'invention un capteur 3. Ce dernier comprend un élément de mesure mobile 4 qui est relié fonctionnellement à l'organe mobile 2 pour être déplace constamment par cet organe mobile Z quels qu'en soient les mouvements. Sur la figure 1 on a supposé que l'organe mobile 2 est mobile en rotation au moyen d'un arbre 5 sur Lequel il est monté. En conséquence, L'élément de mesure 4 est cale en rotation sur cet arbre S. Tout autre mécanisme de liaison cinématique entre l'élément de mesure 4 et L'orga- ne mobile 2 pourrait être adopté.L'organe mobile 2 luimême est déplacé par un moyen de manoeuvre quelconque (non représente). Le capteur 3 sert à vérifier que l'organe mobile 2 occupe bien la position que Le moyen de manoeuvre doit lui faire prendre. Deux exemples de réalisation de L'élément de mesure mobile 4 sont visibles sur les figures 2 et 3. Cet élément est constitue, pour un mouvement de rotation, par un disque 6 sur lequel est réalisée une fenêtre optique 7 à atténuation variable de la Lumière en fonction de sa position. Cette fenêtre optique 7 a une étendue 8 dans les deux sens des déplacements possibles, indiqués par une flèche double F, de L'élément de mesure 4, qui correspond à l'amplitude des mouvements de L'organe mobile contrôlé 2. Dans Le cas de La figure 2 la fenetre optique 7 est constituée par un support transparent sur lequel a été effectué un dépot 9 (par exemple de chrome) d'épaisseur variable en fonction de La longueur circulaire de cette fenêtre optique 7. Dans le cas de la figure 3 la fenêtre optique 7 est constituée par une fente 10 découpée dans un disque 6 en matière opaque à la lumière. Cette fente 10 s'élargit progressivement d'une extrémiste à l'extremité opposée dans le sens des mouvements F, selon une loi prédéterminée. Dans les deux cas à toute position de La fenetre optique 7 sur le trajet d'ün rayon lumineux correspond une atténuation déterminée et connue de L'intensité de ce rayon. Le capteur 3 comprend aussi un premier connecteur 11 qui est relié par une première fibre optique 12 aux moyens E d'émission du poste de contrôle 1 et qui est raccordé à l'entrée d'un coupleur diviseur 13. Après ce dernier, il existe dans le capteur 3 à la suite d'une premiere sortie 13 A du coupleur diviseur 13 une première voie optique 14 constituée par une bobine de fibre optique 15 servant de retardateur de signal optique, et à la suite d'une seconde sortie 13B du même coupleur diviseur 13, une seconde voie optique 16 sur le trajet de laquelle se trouve la fenêtre otpique 7 de L'élément de mesure 6.En pratique, la seconde voie optique 16 est composée d'une fibre optique 17 interrompue de part et d'autre de l'élément de mesure 6 et pourvue en regard de la fenêtre optique 7 respectivement d'une tete d'émission 18A et d'une tête de réception 18B, de type connu en soi. Après la bobine de fibre optique 15 la première voie optique 14 aboutit à une première entrée 19A d'un coupleur additionneur 19 tandis qu'après la fenetre optique 7 la seconde voie optique 16 aboutit à une seconde entrée 19B du même coupleur additionneur 19. Ce dernier est relié à un connecteur 20 d'ou part une seconde fibre optique 21 qui établit la liai son avec Les moyens R de réception du poste de contrôle 1. Le dispositif de l'invention fonctionne de la façon suivante A un instant donne, les moyens d'émission E du poste de contrôle 1 émettent une impulsion lumineuse S1 qui est injectée dans la première fibre optique 12. A l'inté- rieur du capteur 1, ce signal est divisé par le coupleur diviseur 11 en deux Signaux. Ces derniers sont égaux, de préférence, mais leur légalité absolue n'est pas obligatoire à partir du moment ou la répartition du signal S1 entre La première voie optique 14 et La seconde voie optique 16 est connue et constante dans le temps. Le signal 52 qui emprunte La seconde voie optique 16 traverse La fenêtre optique 7 où il subit une atténuation qui est en relation de manière connue avec la position de L'élément de mesure 6 et, donc, avec celle de L'organe contrôlé 2. Ce signal S2 est affaibli quand il arrive à travers le coupleur 20 à La seconde ligne optique 21 qui le conduit aux moyens de réception R du poste de contrôle 1. Le signal S3 qui emprunte La première voie optique 14 parcourt la bobine optique 15, de sorte qu'il est retardé dans le temps par rapport au signal S2. Le retard entre les deux signaux S2 et S3 doit être suffisant pour que Les moyens de réception R du poste de contrôle 1 soient capables de les distinguer l'un de l'autre. Le signal 53 arrive après Le signal S2 au coupleur 20, à la seconde ligne optique 21 et aux moyens de reception R. En généraL une longueur de l'ordre de 40 mètres de La fibre optique qui constitue la bobine 15 convient pour séparer convenablement les deux signaux. Le signal 53 est retardé mais il n'a pas été atténué par la fenêtre optique 7 ; il n'a été affaibli que par les fibres optiques et tes connecteurs ou coupleurs qu'il a rencontrés ; mais Le signal S2 a subi le meme affaiblissement. Au besoin, un étalonnage est possible entre les deux voies optiques 12, 16, 21 et 12, 14, 21 afin de compenser toute cause d'atténuation autre que celle qui est due à La fenetre optique 7. Si on appelle E La puissance du signal S1 à la sortie des moyens d'émission 1 ; R L'affaiblissement produit oar chacune des deux voies optiques 12, 16, 21 et 12, 14, 21 ; M L'atténuation due à La fenêtre optique 7; R1 et R2 respectivement La puissance des signaux S2 et 53 reçus par les moyens de réception R, on peut écrire que R1 = E x M x R R2 = E x R. Le calculateur des moyens de traitement T peut effectuer le rapport R1/R2 qui équivalut à E x M x R / E x R d'où l'on peut connaitre M et par conséquent la position de la fenêtre optique et de L'organe controlé 2. Le dispositif de l'invention n'exige que deux fibres optiques entre le poste de contrôle 1 et le capteur 3 associé à L'organe contrôlé ; il permet néanmoins d'éliminer toutes Les causes d'erreur sur la détermination de la position de l'organe contrôlé 2 telles que les fluctuations dues aux émetteurs, à la connectique, aux fibres et aux récepteurs. REVENDICATIONS 1. Dispositif à fibres optiques pour le contrôle à distance de la position d'un organe mobile contrôle (2), comprenant un poste de contrôle (1) équipé de moyens (T) de traitement de signaux et de calcul, un capteur (3) éloigné du poste de contrôle (1) et associé à l'organe contrôlé (2), une liaison optique (12,21) entre le poste de contrôle (1) et le capteur (3), caractérisé en ce que - le poste de contrôle (1) comprend :: . des moyens (E) d'émission d'un signal optique (51), . des moyens (R) de réception de signaux optiques (S2, S3), - le capteur (3) comprend un moyen de division (13) à deux sorties (13A, 136), pour répartir entre une première voie optique et une seconde voie optique le signal optique (S1) venant des moyens d'émission (E), une première voie optique (14) partant de la première sortie (13A) du moyen de division (13), un moyen (15) retardateur de signal optique situé sur cette première voie optique (14), une seconde voie optique (16) partant de la seconde sortie (136) du moyen de division (13), un élément de mesure mobile (6) relié fonctionnellement à l'organe contrôlé (2) pour se déplacer avec ce dernier, ayant une fenetre optique (7) à atténuation variable de La lumière en fonction de sa position en relation avec la position de L'organe contrôlé (2) , cette fenêtre optique (7) étant placée sur la seconde voie optique (16), un moyen de couplage de signaux (19) à deux entrées (19A, 196), la première entrée (19A) étant reliée fonction nellement à La première voie optique (14) pour recevoir le signal (S3) venant du moyen retardateur, La deuxième entrée (193) étant reliée fonctionnellement à ta seconde voie optique (16) pour recevoir Le signal (S2) venant de La fenetre optique (7) de l'élément de mesure (6), le moyen retardateur (15) de la première voie optique (14) retardant le signal (S3) pour Le rendre distinct du signal (S2), - La liai son optique comprend une premiere fibre optique (12) reliant les moyens d'émission (E) du poste de contrôle (1) à l'entrée du moyen de division (13) du capteur (3) et une seconde fibre optique (21) reliant la sortie du moyen de couplage (19) du capteur (3) aux moyens de réception (R) du poste de contrôle (1). 2. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que le moyen retardateur est une bobine de fibre optique (15). 3. Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que La fibre optique de la bobine (15) a une longueur de 40 mètres environ. 4. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fenêtre optique (7) est constituée par un support transparent (6) sur lequel a ete fait un dépôt de substance opaque à densité variable en fonction de la longueur de ce dépôt, ladite longueur étant disposée dans le sens du déplacement de l'élément de mesure (6). 5. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la fenetre optique (7) est constituée par un support opaque dans lequel a été découpée une fente (10) de largeur progressivement variable selon une loi déterminée en fonction de sa longueur, Ladite longueur étant disposée dans le sens du déplacement de l'élément de mesure (6). 6. Dispositif selon La revendication 1 caractérisé en ce que, a L'intérieur du capteur (3), la première voie optique (14) est matérialisée par une fibre optique qui s'étend à partir d'une sortie du moyen de division (13) jusqu'au moyen retardateur (15) et qui se poursuit après celui-ci jusqu'à une entrée du moyen de couplage (19). 7. Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que à L'intérieur du capteur (3) la seconde voie optique (16) est matérialisée par une fibre optique qui s'etend à partir d'une sortie du moyen de division (13) jusqu'à la fenêtre optique (7) et qui se poursuit après celle-ci jusqu'a une entrée du moyen de couplage(19)