Brevet FR2626972A1 — publié le 19890811

Capteur de déplacement angulaire selon deux axes orthogonaux La présente invention concerne un capteur de déplacement angulaire selon deux axes orthogonaux, applicable en particulier au palonnier d'un char de combat. I1 existe à l'heure actuelle de nombreux capteurs de déplacement angulaire, par exemple de type potentiométrique, magnétique, ou encore capacitif. Ils ne sont généralement pas trés précis, ni surtout très fiables, et sont donc mal adaptés à l'application particuliere envisagée ici. La présente invention a pour but principal de remédier à cet inconvénient et, pour ce faire, elle a pour objet un capteur de déplacement angulaire qui se caractérise essentiellement en ce qu'il comprend en combinaison - un émetteur de lumière, fixe en position, engendrant un faisceau de lumière parallèle, - un récepteur photosensible du type à quatre quadrants, également fixe en position, disposé en regard de l'émetteur, et - une lame a faces parallèles solidaire d' un élément mobile déplaçable selon deux axes orthogonaux, interposée sur le trajet du faisceau lumineux parallèle engendré par l'émetteur. Le capteur optique ainsi constitué est précis et fiable, ne nécessite aucune amplification mécanique, ni contact électrique mobile, et présente en outre une grande robustesse qui le rend particulièrement utile dans l'application envisagée ici. Dans une forme de réalisation particulière de l'invention, l'émetteur est constitué par une diode électroluminescente émettant dans le proche infrarouge, tandis que le récepteur est constitué par un photorécepteur du type photodiode, sensible au proche infrarouge. Le récepteur pourra par exemple être constitué par une photodiode monolithique à quatre quadrants, ou bien encore par quatre photodiodes distinctes disposées en carré. De plus, l'ensemble constitué par l'émetteur, le récepteur et la lame à faces parallèles est enfermé dans un soufflet étanche, ce qui permet de s'affranchir des lumières parasites et d'assurer le bon fonctionnement du capteur, même dans un environnement aussi sévère que celui d'un char de combat. Une forme d'exécution de l'invention est décrite ci-après à titre d'exemple, en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une vue en perspective simplifiée d'un capteur optique conforme à l'invention - la figure 2 est un schéma illustrant le fonctionnement de ce capteur - la figure 3 est un schéma synoptique du circuit électronique associé au capteur - la figure 4 est une vue en perspective analogue à la figure 1 d'une variante de réalisation de l'invention - la figure 5 est une vue en perspective analogue à la figure 1 d'une autre variante de réalisation de l'invention - la figure 6 est un schéma synoptique du circuit électronique associé au capteur de la figure 5 - la figure 7 est une vue de dessus d'un palonnier de char équipé d'un capteur optique conforme à l'invention ; - la figure 8 est une vue en coupe suivant la ligne VIII-VIII de la figure 7 ; et - la figure 9 est une vue en coupe suivant la ligne IX-IX de la figure 8, pour une position en gisement différente du palonnier. Le capteur représenté sur la figure 1 se compose essentiellement d'un émetteur de lumière E engendrant un faisceau de lumière parallèle F, d'un récepteur photosensible R disposé en regard de l'émetteur E et d'une lame à faces parallèles L interposée sur le trajet du faisceau lumineux F. L'émetteur E et le récepteur R sont fixes, tandis que la lame L est déplaçable selon deux axes orthogonaux, grâce à une monture de type cardan. Plus précisément, la lame L est solidaire d'une tige T montée mobile en rotation suivant un angle dans une fourche X qui est elle-même montée mobile en rotation suivant un angle autour d'un axe perpendiculaire à l'axe de la tige T. Par ailleurs, le récepteur R est du type à quatre quadrants, respectivement Q1, Q2, Q3 et Q4.L'émetteur E sera par exemple constitué par une diode électroluminescente, tandis que le récepteur R sera par exemple constitué par une photodiode monolithique à quatre quadrants, c'est-à-dire une photodiode dans laquelle les quatre quadrants Qi à Q4 sont réalisés sur un même substrat. On va maintenant expliquer le fonctionnement de ce capteur, en se référant plus particulièrement à la figure 2. Au repos, la lame à faces parallèles L est perpendiculaire au faisceau lumineux incident F, ce qui correspond à un angle nul, et il n'y a donc aucune déviation du faisceau. Par ailleurs, le récepteur R est positionné perpendiculairement au faisceau et dans l'axe de celui-ci, de sorte que la puissance lumineuse reçue par chacun des quatre quadrants Q1 à Q4 est la même. A partir de cette position de repos, tout déplacement de la lame L d'un angle &alpha; provoque un déplacement D du faisceau dévié sur le récepteur R. Par suite, la répartition de puissance entre les quatre quadrants se trouve déséquilibrée et ce déséquilibre est représentatif de l'angle od . I1 en est naturellement de même sur l'autre axe pour l'angle ss . Si l'on désigne par P1, P2, P3 et P4, les puissances lumineuses reçues respectivement par les quatre quadrants Q1, Q2 , Q3 et Q4, on voit que tout déplacement selon l'angle &alpha; modifie la répartition de puissance entre les quadrants Q1-Q2 et Q3-Q4 et que par exemple pour 0 P3 + P4 De même, tout déplacement selon l'angle ss modifie la répartition de puissance entre les quadrants Q1-Q4 et Q2-Q3 et par conséquent, pour croissant, le rapport P1 + P4 croit. P2 + P3 La grandeur P1 + P2 - (P3 + P4) est donc une image de l'angle &alpha;, P1 + P2 + P3 + P4 tandis que la grandeur P1 + P4 - (P2 + P3) est une image de l'angle X . P1 + P2 + P3 + P4 Le circuit électronique représenté sur la figure 3 permet précisément d'obtenir de manière simple lesdites grandeurs images des angles &alpha; et ss . Chacun des quatre quadrants Q1 à Q4 de la photodiode monolithique constituant le récepteur R, est associé à un amplificateur, respectivement A1 à A4, qui délivre à sa sortie une tension proportionnelle au courant issu de la photodiode élémentaire et qui est donc proportionnelle à la puisance lumineuse P1 à P4 reçue par chacune de ces photodiodes élémentaires. Les termes sone et différence sont ensuite réalisés à l'aide de différents sommateurs et soustracteurs, de manière à obtenir finalement sur la sortie 0 Par ailleurs, le système est asservi de façon que la puissance lumineuse totale (P1 + P2 + P3 + P4) reçue par les quatre quadrants du récepteur R soit constante et égale à une valeur de consigne K. A cet effet, la diode électroluminescente constituant l'émetteur E, est asservie sur cette valeur de consigne K par l'intermédiaire d'un circuit correcteur C. Grâce à cette disposition, il est possible d'étalonner directement les sorties od etj en fonction de la valeur de K. Dans la variante de réalisation représentée sur la figure 4, le récepteur R, au lieu d'être constitué par une photodiode monolithique à quatre quadrants, est constitué de quatre photodiodes distinctes formant chacune l'un des quatre quadrants Q1 à Q4. Ces quatre photodiodes sont disposées en carré avec la même orientation que sur la figure let le circuit électronique de traitement peut donc être identique à celui représenté sur la figure 3. En revanche, dans l'autre variante de réalisation représentée sur la figure 5, les quatre photodiodes distinctes sont également disposées en-carré, mais celui-ci est tourné de 45', c'est-à-dire que les diagonales du carré se trouvent dans les axes de déplacement du faisceau suivant les angles eut et Dans ce cas, il est nécessaire d'utiliser un autre circuit électronique de traitement, par exemple du type de celui représenté sur la figure 6. En effet, c'est alors la grandeur P1 - P3 qui est une P1-+ P2 + P3 + P4 image de 1' angle o( , tandis que la grandeur P4 - P2 est une image P1 + P2 + P3 + P 4 de l'angle . Comme précédemment, la puissance lumineuse totale (P1 + P2 + P3 + P4) reçue par les quatre photodiodes est maintenue constante et égale à une valeur de consigne K. Si l'on se réfère maintenant aux figures 7 à 9, on peut voir une application pratique du capteur optique selon l'invention à un palonnier de char de combat. Ce palonnier comprend tout d'abord une partie fixe 1 supportant un panier à cartes électroniques 2 incluant notamment le circuit électronique représenté sur les figures 3 ou 6. Les liaisons avec l'extérieur s'effectuent par l'intermédiaire d'un connecteur 3. Sur la partie fixe 1 est monté mobile en gisement un boitier 4 par l'intermédiaire d'un roulement 5. Ce boitier mobile en gisement supporte à son tour, par l'intermédiaire de deux roulements 6, un axe 7 mobile en site, muni à chaque extrémité d'une poignée de manoeuvre 8. Sur la partie fixe 1 est également montée une fourche porte capteur 9 maintenant fixes les parties actives de celui-ci, à savoir l'émetteur E et le récepteur R. La lame à faces parallèles L est fixée dans une monture 10 et elle est rendue solidaire de l'axe 7 par l'intermédiaire d'une bride 11. La lame L est ainsi mobile selon les deux axes site et gisement par rapport à la fourche porte capteur 9. Par ailleurs, des ressorts de rappel non représentés assurent le retour automatique du système à la position de repos, tandis que des butées, également non représentées, limitent le débattement angulaire sur les deux axes à environ t 20'. L'émetteur E est constitué ici par une diode électroluminescente 12 émettant dans le proche infrarouge. Elle est suivie d'un assemblage de lentilles 13 destiné à rendre le faisceau lumineux F parallèle, tandis qu'un diaphragme 14 permet de contrôler la taille de ce faisceau. Le récepteur R est constitué ici par une photodiode monolithique à quatre quadrants 15, sensible au proche infrarouge. Quant à la lame à faces parallèles L, elle est en un matériau d'indice de réfraction supérieur à 1 et aura par exemple une épaisseur d'environ 10 mm pour une lame en verre dont l'indice de réfraction est de 1,5. L'ensemble capteur est par ailleurs protégé par un soufflet métallique 16 en deux parties, dont les extrémités sont respectivement soudées au niveau de la monture 10 de la lame L, d'une part, et au niveau du récepteur R et de l'émetteur E, d'autre part. Ce soufflet 16 protège le capteur contre les lumières parasites, tout en le rendant étanche, ce qui lui permet d'assurer sa fonction dans un environnement sévère comme celui d'un char de combat. On voit donc en définitive que le capteur optique selon l'invention est d'une très grande robustesse, notamment par le fait que l'unique pièce mobile, constituée par la lame à faces parallèles L, est entièrement passive, et qu'il est par conséquent particulièrement bien adapté à l'application envisagée ici. REVENDICATIONS 1. Capteur de déplacement angulaire selon deux axes orthogonaux, applicable en particulier au palonnier d'un char de combat, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison - un émetteur de lumière (E), fixe en position, engendrant un faisceau de lumière parallèle (F), - un récepteur photosensible (R) du type à quatre quadrants (Q1, Q2, Q3, Q4), également fixe en position, disposé en regard de l'émetteur (E), et - une lame à faces parallèles (L) solidaire d'un élément mobile (T) déplaçable selon deux axes orthogonaux ( 0(,/3), interposée sur le trajet du faisceau lumineux parallèle (F) engendré par l'émetteur (E). 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émetteur (E) est constitué par une diode électroluminescente émettant dans le proche infrarouge, tandis que le récepteur (R) est constitué par un photorécepteur du type photodiode, sensible au proche infrarouge. 3. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le récepteur (R) est constitué par une photodiode monolithique à quatre quadrants. 4. Capteur selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que le récepteur (R) est constitué par quatre photodiodes distinctes disposées en carré. 5. Capteur selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que l'ensemble constitué par l'émetteur (E), le récepteur (R) et la lame à faces parallèles (L) est enfermé dans un soufflet étanche (16).