Brevet FR2607596A1 — publié le 19880603

DISPOSITIF OPTRONIQUE POUR LA MESURE DE LA VITESSE RELATIVE DE DEUX OBJETS L'invention concerne un dispositif pour la mesure optronique de la vitesse relative moyenne entre deux objets au moyen d'impulsions lumineuses, la distance étant déter- minée par des signaux de porte. On connaît par la demande de brevet EP-0 076 232 un tel procédé dans lequel la distance est déterminée par le comptage de la durée de signaux de porte, cette durée correspondant au temps de parcours des impulsions lumineuses reçues. Selon ce procédé, un certain nombre de temps de passage comptés par un premier circuit numérique sont transmis à un deuxième circuit numérique qui effectue le calcul de moyennes de la distance sur la base des résul- tats les plus fréquents du comptage. Cette disposition qui a fait ses preuves, exige toutefois pour sa construc- tion, un nombre trop élevé de composants et est donc oné- reuse. La présente invention a pour objet de créer un dispo- sitif du type mentionné ci-dessus qui non seulement élimine les inconvénients de l'état actuel de la technique mais qui, en outre, permet d'effectuer des mesures avec un nombre minime de composants simples et qui en même temps fournit les valeurs de la distance, de la vitesse, de l'accélération et de la direction du mouvement. Ce problème est résolu par le fait que le temps de parcours, fonction de la distance, d'impulsions lumi- neuses répétitives d'un laser à semi-conducteur est saisi par un récepteur et "échantillonné" par un dispositif 2 2607596 d'intégration multiporte dont les portes successives sont évaluées de manière alternée par des intégrateurs, ce qui donne une reproduction sinoide périodique de la modifi- cation de distance dans la gamme des basses fréquences et que le temps entre deux passages consécutifs par zéro est déterminé en tant que mesure précise de la vitesse relative moyenne. De préférence, le dispositif d'intégration multiporte comprend au moins trois portes spécifiques. La mesure du temps peut s'effectuer indépendamment de l'amplitude par l'évaluation des passages consécutifs par zéro et être déclenchée au moyen d'un interrupteur à valeur de seuil. La gamme des distances peut être choisie à volonté jusqu'à la portée maximale par le choix du nombre de porte et de la cadence HF. Le récepteur est avantageusement une diode PIN ou une diode à avalanche à tension stabilisée. Les impulsions de porte stabilisées par quartz avec intervalles constants commandent avantageusement des inter- rupteurs analogiques rapides tels que des modulateurs en anneau, des interrupteurs analogiques HD-MOS, et ana- logues. De préférence, un compteur fonctionnant à rythme élevé est mis en route lors du premier passage par zéro et arrêté lors du deuxième passage par zéro, les flancs lors du passage par zéro définissant la direction du mouve- ment et le contenu du compteur constituant la mesure exacte de la vitesse relative moyenne entre deux objets et étant indiqué par un dispositif indicateur. On va décrire ci-après un exemple de réalisation de l'invention représenté schéma- tiquement sur le dessin annexé. Sur ce dessin, la figure 1 représente un schéma du dispositif selon l'invention;, la figure 2 représente un schéma du récepteur compor- 3 2607596 tant le dispositif d'intégration multiporte. La figure 1 représente de façon schématique, le dispo- sitif optronique de mesure qui a pour tâche de saisir par un procédé appelé "multiporte", le temps de parcours, fonction de la distance, d'impulsions lumineuses répétitives d'un émetteur laser 10 et de mesurer le temps entre deux passages consécutifs par zéro. A cet effet, on utilise comme émetteur 10, un pulseur à laser à semiconducteur de largeur à demi-puissance de 10 nsec. et d'une fréquence d'impulsions comprise entre 500 Hz et 50 KHz selon le cas d'utilisation. La puissance d'émission et la divergence de l'optique émettrice 14 sont déterminantes pour la portée du dispositif de mesure ou pour la distance maximale par rapport à un objet à mesurer 100. Dans un mode de réalisation spécifique, l'émet- teur laser est composé de plusieurs étages parallèles àavalanche et son alimentation électrique est assurée par un convertisseur de courant continu (commande de déclen- chement 11). L'"échantillonnage" de l'impulsion lumineuse réfléchie par l'objet à mesurer 100 et détectée par le récepteur s'effectue au moyen du procédé multiporte proposé ici. Comme détecteur de réception, une diode PIN suffit normale- ment, toutefois pour de grandes portées, il est recommandé d'utiliser une diode à avalanche à tension stabilisée. La faible divergence, à savoir la diminution du rayonnement d'arrière-plan, ainsi que la section de la lentille récep- trice 15a et une amplification HF adaptée déterminent la portée du système de mesure. L'impulsion lumineuse détectée est soumise à une amplification HF et introduite dans le dispositif 16 d'inté- gration multiporte dans lequel la séquence des portes est évaluée de manière alternée par des intégrateurs (fig. 2). L'échantillonnage a pour résultat une représenta- tion périodique sinoïde de la modification de la distance 4 ô2 /y607596 dans la plage des basses fréquences. A cela s'ajoute que la brièveté des ouvertures des portes et l'intégration consécutive permettent d'obtenir un gain S/N (signal/bruit). Le temps entre deux passages consécutifs par zéro du signal NF périodique sinoïde est mesuré dans l'unité 18 destinée à mesurer la différence de temps et constitue une mesure exacte de la vitesse relative moyenne de deux objets dans la zone multiporte. Par le nombre ainsi que par la spécification des portes, il est possible de définir à volonté la plage de mesures afférentes à la vitesse relative moyenne à l'intérieur de la distance maximale. La cadence fondamentale de l'horloge 13 détermine la fré- quence de répétition du processus de mesure et la précision de la mesure de la vitesse relative. Des fréquences de service maximales supérieures à 100 KHz, sont possibles actuellement avec des lasers à semi-conducteur de puissance émettrice suffisante. Par exemple, la cadence fondamentale de l'horloge 13 déclenche un registre à décalage de 8 bits à travers lequel est transféré un bit élevé à la fréquence HF par exemple de 50 MHz de l'horloge HF 12. Les sorties du registre à décalage sont logiquement enchaînées à la cadence HF stabilisée par quartz - par exemple de 50 MHz et on obtient ainsi huit impulsions de 10 nsec d'intervalle et avec une largeur de porte de 10 nsec. La première impul- sion de l'émetteur laser 10 peut alors être utilisée comme déclencheur lumineux pour l'émetteur. Les impulsions de porte stabilisées par quartz, à intervalles constants, sont alors utilisées pour commander des interrupteurs analogiques rapides, tels que par exemple des modulateurs en anneau, des interrupteurs analogiques D-MOS, par lesquels s'effectue l'exploration de l'impulsion lumineuse détectée. Le nombre des portes utilisées permet de varier la plage de distance, toutefois trois portes au moins sont néces- saires. Pour réaliser la commande, plusieurs possibilités 2607596 sont offertes. D'une part, il est possible de prévoir un ensemble de portes en technique D-MOS pour environ fonctions de porte en technologie de 1,3 à 2i pour MHz qui utilise des interrupteurs analogiques D-MOS quadruples externes. D'autre part, la commande peut être une logique TTL rapide ou ECL ou encore GaAs. Par ailleurs, un montage en technologie HCMOS est possible pour des installations jusqu'à 25 MHz, toutefois dans ce cas, l'intervalle entre les portes et les largeurs de porte doit être doublé. Pour l'évaluation du signal, il faut remarquer que les signaux échantillonnés par le procédé multiporte proposé ici sont appliqués respectivement à des intégrateurs indivi- duels dont les sorties sont évaluées de manière alternée en fonction de l'ordre des portes. Ceci a pour résultat en utilisant trois portes, un signal de sortie sinoïde comportant au moins deux passages par zéro, qui sont détec- tés lors du dépassement d'une valeur de seuil du ronflement. Lors du premier passage par zéro, s'effectue le démarrage d'un compteur 20 fonctionnant à cadence élevée, lors du deuxième passage par zéro, ce compteur est arrêté. Les flancs lors de chaque passage par zéro servent à évaluer le sens du mouvement et le contenu du compteur 20, lorsque la cadence fondamentale est connue, est une mesure exacte de la vitesse relative moyenne de deux objets. Le système qui vient d'être décrit peut être développé davantage, par exemple en utilisant plusieurs portes, par un registre àdécalageà 16 ou 32 bits, sans que cela implique un change- ment du principe. Selon le cas d'application prévu, le système peut être équipé d'intégrateurs et de compteurs pour des plages de distances spécifiques ou d'un compteur unique seulement. Grâce à l'information numérique donnée par le compteur ainsi que diverses données du système, il est possible d'utiliser n'importe quel dispositif d'affichage souhaité U 2607596 19. L'invention garantit une mesure optronique optimale de la vitesse relative moyenne de deux objets, mesure qui s'effectue à l'intérieur d'une plage de distances pouvant être librement sélectionnée avec constatation simultanée de la direction du mouvement, de la distance, de la vitesse et de l'accélération. Cette mesure est indé- pendante de l'amplitude des signaux HF, présente une grande plage dynamique et sa mise en oeuvre est simple et peu onéreuse. L'unité 17 indiquée en tirets sur la figure 1 est une unité optionnelle de mesure de distance. 7. U2607596 REVENDICATIONS 1. Dispositif optronique pour la mesure de la vitesse relative moyenne entre deux objets au moyen d'impulsions lumineuses, la distance étant déterminée par des signaux de porte, caractérisé par le fait que le temps de parcours, fonction de la distance, d'impulsions lumineuses répétitives d'un laser à semi-conducteur (10) est saisi par un récepteur (15) et "échantillonné" par un dispositif d'intégration multiporte (16) dont les portes successives sont évaluées de manière alternée par des intégrateurs, ce qui donne une reproduction sinoide périodique de la modification de distance dans la gamme des basses fréquences et que le temps entre deux passages consécutifs par zéro est déterminé en tant que mesure précise de la vitesse relative moyenne. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par le fait que le dispositif d'intégration multiporte (16) comprend au moins trois portes spécifiques. 3. Dispositif selon la revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que la mesure du temps s'effectue indépendamment de l'amplitude par l'évaluation des passages consécutifs par zéro et est déclenchée au moyen d'un interrupteur à valeur de seuil. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisé par le fait que la gamme des distances peut être choisie à volonté jusqu'à la portée maximale par le choix du nombre de portes et de la cadence HF. - 5. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 4, caractérisé par le fait que le récepteur (15) est une diode PIN ou une diode à avalanche à tension stabilisée. 6. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 5, caractérisé par le fait que les impulsions de porte stabilisées par quartz avec intervalles constants commandent des interrupteurs analogiques rapides tels que des modulateurs en anneau, des interrupteurs analogiques HD-MOS, et analogues. 7. Dispositif selon l'une quelconque des revendica- tions 1 à 6, caractérisé par le fait qu'un compteur (20) fonctionnant à rythme élevé est mis en route lors du premier passage par zéro et arrêté lors du deuxième passage par zéro, les flancs lors du passage par zéro définissant la direction du mouvement et le contenu du compteur constituant la mesure exacte de la vitesse relative moyenne entre deux objets et étant indiqué par un dispositif indicateur (19).