Brevet FR2619444A1 — publié le 19890217

Dispositif de mesure ponctuelle de La hauteur d'une masse d'eau agitée, en particulier par La houle La présente invention se rapporte à un dispositif de mesure ponctuelle de la hauteur de La surface d'une masse d'eau agitée, en particulier sous l'effet d'un phénomène de houle. L'expression "mesure ponctuelle" signifie que la mesure a pour objet la hauteur variable d'une région ponctuelle de la surface de L'eau. Les dispositifs principalement utilisés jusqu'à présent pour ce genre de mesure sont des capteurs partiellement immergés du type "Lyre" à variation de résistivité ou de- capacité. La configuration de ces capteurs présente les inconvénients de créer un sillage intempestif lorsqu'ils sont déplacés à La surface de L'eau et de manquer de robustesse, risquant de subir des dommages du fait des vibrations causées par des vitesses de déplacement élevées. L'invention a pour but de créer un dispositif capable d'effectuer Les mesures du genre considéré, mais sans contact avec L'eau. Selon L'invention, ce dispositif comporte une tête de mesure optique de niveau d'eau disposée au-dessus de L'eau et comprenant un laser émettant un faisceau Lumineux qui frappe la surface de L'eau en y formant une tache lumineuse , et une caméra à surface sensible opto-électronique dont L'axe optique, dirigé vers la position moyenne de Ladite tache lumineuse, fait un angle fixe avec le faisceau laser, et qui fournit un signal de sortie traduisant L'écart de L'image de La tache formée sur sa surface sensible par rapport à son axe optique, ce signal étant traité de manière à en déduire par calcul la hauteur variable de la tache à la surface de L'eau agitée.Ce calcul, qui fait appel à la triangulation optique, est fondé sur la disposition géométrique de l'ensemble laser-caméra par rapport à la surface de L'eau. IL s'effectue de façon particuLièrement simple lorsque le faisceau lumineux émis par le laser tombe verticalement sur la surface de L'eau. Quant à L'axe optique de la caméra, il s'étend de préférence obliquement par rapport à la verticale. Afin d'améliorer la visibilité de la tache lumineuse, il est avantageux de prévoir un dispositif pulvérisateur qui projette des gouttelettes de liquide sur la surface de L'eau dans la région de la tache lumineuse. Une telle pulvérisation trouble Légèrement La surface de L'eau et, de ce fait, accroît la diffusion de la lumiere laser au contact de L'eau, quel que soit le degré de pollution de cette dernière. Dans le cas ou le dispositif de mesure décrit est utilisé en bassin d' essais sur modèLes réduits équipé d'une plate-forme mobile, Le dispositif peut être fixé à cette plate-forme. D'autres caractéristiques et avantages de L'invention ressortiront plus clairement de la description qui va suivre, en regard des dessins annexés, d'un exemple de réalisation non Limitatif. La figure 1 représente partieLlement, en perspective, un bassin d'essais dont La plate-forme mobile est dotée d'un dispositif de mesure selon L'invention. La figure 2 représente, schématiquement, en élévation latérale et à plus grande échèlle, le dispositif de mesure de la figure 1. La figure 3 représente, en perspective et à plus grande échelle, Le pulverisateur associé au dispositif de mesure de La figure 1. La figure 4 illustre le principe de détermination géométrique des variations de la hauteur d'un point de la surface de L'eau du bassin à partir des informations issues du dispositif de mesure. La figure 5 est un exemple d'enregistrement d'une houle engendrée dans le bassin. On voit sur la figure 1 une partie d'un bassin d'essais 1 de forme rectangulaire, doté d'un générateur de houle (non visible sur la figure). Une plate-forme mobile 2, enjambant Le bassin sur sa largeur, peut se déplacer suivant la direction longitudinale de celui-ci. A cette plate-forme est fixe un dispositif de mesure de La houle. Ce dispositif comprend essentiellement une tête de mesure 3 (figure 2) renfermant, dans un boîtier 4, un laser 5 et une caméra 6 dont les axes optiques Sa, 6a sont concourants.Le bottier 4 est rendu solidaire de la plate-forme 2, à L'aide d'une queue de fixation 7 prise dans un soc le 9, en une situation telle que L'axe optique 5a soit vertical et que les axes optiques 5a, 6a convergent en un point O situé au niveau de la surface moyenne 8 de L'eau du bassin 1. A proximité de La tête de mesure 3 est prévu, fixé à la plate-forme 2 par un tuyau d'alimentation 10 rigide, un pulvérisateur 11 (figures 1 et 3) comportant, à L'extrémité d'une tubulure de raccordement lia, une rampe llb munie de plusieurs buses lic susceptibles de pulvériser un liquide à la surface de L'eau du bassin dans une région 12 entourant le point O. Le liquide pulvérisé, qui peut être de L'eau, crée un état "dépoli" de La surface de L'eau favorisant la diffusion de la Lumière du faisceau laser qui frappe cette surface. Lorsque le dispositif est en fonctionnement, Le faisceau issu du laser 5 (à émission continue) frappe La surface 8 de L'eau suivant une verticale et la lumière diffusée par L'impact laser est analysée par La caméra 6. Cette caméra, du type CCD (à couplage de charges) à matrice ou à ligne simpLe, est montée dans un fourreau à trois degrés de liberté à L'intérieur du boîtier 4, son axe optique 6a étant positionné suivant un angle d'incidence i = 300 par rapport à L'axe optique 5a du laser 5. Les fluctuations du niveau de L'eau engendrent une translation verticale du point d'impact du faisceau Laser, de sorte que La caméra 6 perçoit un point lumineux qui se déplace dans le plan contenant les axes optiques 5a et 6a. Conformément à la figure 4, lorsque L'eau du bassin est calme, le faisceau issu du laser 5 crée à la surface 8 de L'eau une tache lumineuse au point O, de laquelle la caméra 6 forme une image au centre I de sa surface sensible 6b. En cas de houle, la surface de L'eau se déforme et vient par exemple en 8' au-dessus de la surface moyenne 8, la tache lumineuse remontant du point O en un point A, tandis que son image sur la surface sensible 6b de la caméra se déplace jusqu'en un point L. En désignant par d le centre de l'objectif 6c de La caméra 6, i étant L'angle que font Les axes optiques 5a et 6a, Les triangles rectangles semblables d O B, d H A et d I L et Le triangle rectangle O H A permettent d'écrire OA = Od. IL IL.cos i + Id.sin i n K1 K2 cos i Id.sin i IL où K1 = cos i , K2 = Id.sin i et n = - , Od e.Od e e désignant La Largeur d'un élément d'image ou pixel sur la surface sensibLe 6b de la caméra suivant la direction du segment IL. Du signaL issu de la caméra 6, on déduit Le nombre n de pixels qu'a couvert L'image de la tache lumineuse lorsque cette dernière s'est déplacée de O à A, ce qui permet de calculer L'éLongation OA (å L'aide d'un microprocesseur programmé à cet effet), connaissant les valeurs des constantes K1 et K2 qui sont fixées par La configuration géométrique du système optique. On peut donc suivre Les deplacements suivant La verticale - du point de la surface de L'eau agitée par la houle qui est située à l'aplomb du laser 5, donc faire une mesure continue de La houle dont L'eau du bassin est le siège. La figure 5 montre un exemple des résultats obtenus pour une houle de 14 cm d'amplitude. Revendications 7. Dispositif de mesure ponctuelLe de La hauteur de la surface d'une masse d'eau agitée, en particulier sous l'effet d'un phénomène de houle, caractérisé par le fait qu'il comporte une tête (3) de mesure optique de niveau d'eau disposée au-dessus de L'eau et comprenant un laser (5) émettant un faisceau lumineux qui frappe la surface de L'eau en y formant une tache lumineuse (A) , et une caméra (6) à surface sensible opto-électronique (6b) dont L'axe optique (6a), dirigé vers la position moyenne (O) de Ladite tache Lumineuse, fait un angle fixe (i) avec le faisceau laser, et qui fournit un signal de sortie traduisant L'écart de L'image (L) de la tache (A) formée sur sa surface sensible (6b) par rapport à son axe optique (6a), ce signal étant traité de manière à en déduire par calcul La hauteur variable (OA) de la tache (A) à la surface de L'eau agitée (8'). 2. Dispositif selon La revendication 1, caractérisé par le fait que Le faisceau lumineux émis par le Laser (5) tombe verticalement sur la surface de L'eau. 3. Dispositif selon La revendication 1 ou 2, caractérisé par le fait que L'axe optique (6a) de la caméra (6) est obLique par rapport à la verticale. 4. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé par le fait que lui est associé un dispositif pulvérisateur (11) qui projette des gouttelettes de liquide sur La surface de L'eau dans la région de la tache lumineuse. 5. Dispositif selon L'une quelconque des revendications 1 à 4, utilisé en bassin d'essais sur modèLes réduits équipé d'une plate-forme mobile (2), caractérisé par Le fait qu'il est fixé à cette plate-forme.