Brevet FR2687781A1 — publié le 19930827

DISPO Si TIF D'EVALUATION DU BALISAGE LUMINEUX NOTAMMENT SUR LES PISTES ET LES VOIES D'ACCES DES AVIONS La présente invention concerne un dispositif pour lévaluation photométrique des feux de balisage des pistes et des voies de circulation implantés notamment sur les plates-formes aéronautiques En opération, cette évaluation ne nécessite aucun démontage des feux sur le site D'une façon plus générale, le dispositif selon linvention sera adopté à chaque fois qu'une évaluation photométrique de sources lumineuses à faisceaux étroits sera nécessaire. Actuellement, lévaluation des feux de balisage s'effectue principalement dans des laboratoires de photométrie, hors du site, sur des bancs mécaniques qui disposent de plusieurs axes de liberté afin de balayer la totalité de l'angle solide du feu et d'y prélever les intensités lumineuses correspondantes Ces tests sont conduits suivant les principes et les règles de l'échantillonnage Ils nécessitent le démontage des feux de leurs embases De plus, lévaluation passe par lacquisition de 100 à 200 points de mesure de l'intensité lumineuse afin d'en tracer les courbes isocandela et les valeurs moyennes dans les ellipses types. Il résulte de cette méthodologie de nombreux inconvénients, notamment: elle est d'un coût économique élevé; elle ne prend pas en compte les paramètres d'environnement ou d'alimentation des feux; les manipulations de prélèvement risquent de modifier létat de salissures internes et externes; et relevant du principe de l'échantillonnage, lévaluation n'est pas exhaustive comme le recommande les normes en vigueur (annexe 14 de l'OACI) Seul un contrôle à cent pour cent permet cette assurance. Aussi, le document de brevet GB-A-1454 272 présente un dispositif qui permet la détermination, sur site, de l'intensité lumineuse de feux de balisage de pistes Il comporte un véhicule 13 sur lequel est disposé un alignement de six détecteurs optiques 1 dont laxe de chacun d'entre eux fait un angle différent avec lhorizontale (de 1 à 6) Une boucle inductive 6 permet de relever le passage du dispositif au dessus d'un feu et de déterminer une distance à laquelle une mesure de lintensité lumineuse sera réalisée. Toutefois, cette mesure unique implique d'une part une évaluation de cette distance avec une précision suffisante et d'autre part une disposition géométrique complexe de ces capteurs pour permettre à la fois une rapidité de la mesure et une précision acceptable pour celle-ci. Tout décalage ou toute dérive dans la mesure des distances sera interprétée comme un dysfonctionnement du feu entraînant un risque d'erreur d'interprétation ou d'absence d'évaluation. De plus, les mesures effectuées, si elles se réfèrent à un réseau lumineux organisé, ne représentent qu'un faible échantillonnage, c'est-à-dire six valeurs particulières pour un ensemble qui en comporte une infinité, l'analyse du flux lumineux se limitant à une seule tranche verticale de l'angle solide d'émission. La représentation obtenue est donc discontinue Par ailleurs, linformation unique par feu ne permet aucun traitement informatique, ni aucune récupération, d'information en cas d'erreur ou d'absence d'acquisition, interdisant toute analyse des causes des atténuations éventuelles. Il peut également être noté que la probabilité de numérisation du point maximal du faisceau émis est plus faible du fait de la détection dans un plan unique. La présente invention vise notamment à s'affranchir de ces contraintes et à réaliser un dispositif de structure simple qui permet une mesure en continu de lintensité lumineuse et fournit directement une donnée proportionnelle au flux lumineux produit par le feu de balisage. Ces buts sont atteints par un dispositif pour la mesure in situ du flux lumineux de faisceaux internes et étroits notamment de feux de balisage de pistes, lequel dispositif comporte un caisson fermé dans lequel est disposé un détecteur photoélectrique ou analogue, ledit caisson comportant une face avant translucide diffusant de manière omnidirectionnelle à lintérieur du caisson le flux lumineux issu du faisceau à mesurer, et au moins une autre face, dotée d'un haut pouvoir de réflexion diffusante, fermant ce caisson et assurant une réflexion et une diffusion de la lumière de façon homogène vers le détecteur dont la partie sensible est disposée au niveau de ladite face avant translucide mais tournée vers la face de réflexion diffusante Ce dispositif permet de capter le flux lumineux par lintermédiaire d'un panneau opalescent qui limite les effets de la loi "cosinus", de réflection partielle et isole photométriquement lespace interne de l'environnement Ensuite cet espace interne est utilisé à réfléchir un grand nombre de fois et aléatoirement la lumière piégée de façon à produire sur chaque partie de la surface interne un flux uniforme dont la somme est proportionnelle au flux produit par la balise Ainsi, le dispositif selon linvention réalise l'intégration du flux lumineux reçu. La face de réflexion diffusante comporte cinq panneaux formant avec la face avant un parallélépipède ou bien une enveloppe demi-cylindrique limitée par un couvercle et une base, tous deux plans et demicirculaires. La base peut être munie d'un récupérateur diffuseur de lumière qui diffuse une partie du flux lumineux émis par le faisceau à mesurer vers lintérieur du caisson, au travers d'une ouverture pratiquée dans cette base. Avantageusement, la base peut comporter au moins un détecteur magnétique pour détecter le passage au-dessus d'un feu émettant le faisceau à mesurer, cette base étant réalisée en un matériau amagnétique. Typiquement, le détecteur est constitué par au moins une cellule photo- électrique, ou photo-diode, ou photo-transistor, ou encore photorésistance et la face avant est réalisée en un panneau plan en méthacrylate ou polyéthylène opale. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront mieux à la lecture de la description qui va suivre faite en regard des dessins annexés sur lesquels: la figure 1 représente une vue en perspective du dispositif selon l'invention en présence d'un feu de balisage, la figure 2 est une vue de dessus en coupe du dispositif de la figure 1, la figure 3 est une vue avant du dispositif de la figure 1, la figure 4 représente le dispositif selon l'invention muni d'un récupérateur diffuseur de lumière. Comme le montre la figure 1, le dispositif selon linvention se présente sous la forme d'un caisson fermé 10 dans lequel est disposé un détecteur de flux lumineux 6 Sa fonction est de réfléchir un grand nombre de fois et aléatoirement la lumière piégée à l'intérieur du caisson de façon à produire sur chaque partie de sa surface intérieure un flux uniforme dont la somme est égale au flux produit par un feu de balisage 13 C'est l'intégration du flux lumineux reçu. Si lon utilise directement le faisceau émis par le feu, on n'obtient pas une intégration satisfaisante car les gradients lumineux d'origine sont trop important pour que luniformité soit acceptable Il est donc nécessaire de diffuser préalablement le faisceau lors de son entrée dans l'intégrateur A cet effet, un panneau plan opalescent et blanc ferme la face avant du caisson Ce panneau a comme fonction secondaire d'isoler photométriquement l'espace de mesure de l'extérieur En effet, en son absence, la réflectance variable du sol entourant la balise conduirait à des couplages photométriques variables entre les deux espaces. Le caisson comporte une enveloppe à parois mince, métalliques de forme demi-cylindrique 3 fermée en haut et en bas par deux panneaux minces métalliques demi-circulaires 4 et 5 Une face avant 1 composée d'un panneau plan, typiquement en méthacrylate ou en polyéthylène opale, vient fermer le caisson et assure une diffusion, de manière aléatoire (omnidirectionnelle) 14, du faisceau 12 issu d'un feu de balisage 13. Les faisceaux produits par les feux sont intenses et contenus dans de petits angles solides Les angles d'ouverture courants sont de façon non limitative de l'ordre de + 5 'en azimut et de 0 à 7 en site. La réponse photométrique du dispositif selon linvention est optimale à une distance déterminée de la source lorsque le feu est propre En fonction du degré de salissure du feu, la valeur maximale de l'intensité lumineuse détectée varie tout en se situant à une distance variable de la source Cette particularité de la réponse du capteur permet de sélectionner les causes des affaiblissements constatés à condition de disposer de relevés linéaires serrés Ceux-ci s'obstiennent à partir d'un véhicule en marche, pouvant rouler jusqu'à 30-35 km/h Ainsi la fonction axiale d'une piste de 3 600 mètres est analysée en 10 minutes. La capteur fait partie d'une chaîne d'acquisition et de numérisation des données qui comprend également un sous-ensemble de repérage du site (mesure des distances, détection des masses métalliques des feux, comptage des sources lumineuses) qui ne sera pas décrite dans le détail, ne présentant pas de difficulté particulière de réalisation pour lhomme de lart Par exemple, comme le montre la figure 1, la base 5 pourra se prolonger au delà de renveloppe 3 et recevoir alors au moins un capteur de masses magnétiques 9 pour détecter le passage du dispositif au dessus d'un feu de balisage 13 dont un désire mesurer le niveau de lintensité lumineuse émise. Dans cette configuration, il sera nécessaire de réaliser la base 5 en un matériau amagnétique. Un feu est une structure mécanique et optique dont chaque composant est déterminé précisément Il comporte notamment une lampe, un prisme, des lentilles et un réflecteur Un filtre, un relais shunt viennent compléter cet ensemble qui est encastré dans la chaussée ou hors sol et dont l'évaluation est faite à la volée Il fait l'objet de plusieurs dizaines de relevés dont seulement une ou deux seront retenus pour l'évaluation. Les principales causes de déficits lumineux d'un feu de balisage sont: Salissures externes par dépôts Présence d'eau à lintérieur du feu Défaut partiel d'alimentation électrique Disfonctionnement du relais shunt Filament de lampe déformé Spires de filament en contact Réflecteur dégradé Prisme cassé Désordre mécanique: lampe, réflecteur, lentille, filtre. Des renforts de structure 2, s'ils existent, sont disposés à l'extérieur du volume afin de ne pas créer de discontinuité des réflections diffuses Au moins trois d'entre eux sont prolongés afin de fournir des points d'ancrage 7 du dispositif sur une nacelle d'un véhicule porteur qui sera décrit plus avant en regard de la figure 5. L'intérieur du volume est revêtu d'une peinture industrielle de couleur blanc mat, répartie sur plusieurs couches afin d'obtenir un facteur de réflexion élevé dont les caractéristiques de réflexion diffuse sont proches de celles de loxyde de baryum (facteur de luminance voisin de 1). Une ouverture pratiquée dans le panneau supérieur permet la fixation du détecteur 6 placé en haut et sur la ligne axiale de la face avant 1, la face sensible orienté vers la courbure du demi-cylindre Le détecteur 6 qui peut consister en une cellule photo-électrique, un photo- transistor, une photo-diode ou bien encore une photo-résistance est lui-même équipé de son diffuseur- intégrateur d'atténuation 1/10 e Une variante du dispositif, qui évite l'inconvénient d'une réponse électriquelimitée, consiste à utiliser une cellule équipée d'un intégrateur de lumière qui n'atténue pas sa réponse électrique. La vue de la figure 1 permet de montrer la projection d'impact sur l'écran du faisceau principal 12 avec les effets de la diffusion 14 dans le panneau La réflection diffuse des surfaces traitées à la peinture spéciale apparaît en 15. Afin de limiter les phénomènes de dérive thermique de la cellule photo- électrique, lenceinte demi-cylindrique peut être équipée d'une résistance chauffante associée à un moyen de contrôle qui maintient une température stable à lintérieur. Il doit être noté que la configuration en demi-cylindre du caisson de linvention, si elle assure les meilleurs résultats, n'est pas l'unique configuration possible et il est parfaitement envisageable, pour le caisson 10, un volume parallélépipèdique, demi-sphérique ou bien encore demi-ellipsoidique Il faudra bien sûr veiller à ce que l'intérieur de ce volume soit traité comme indiqué précédemment et à ce que la face avant comporte un matériau opalescent. Les figures 2 et 3 représentent respectivement une vue de dessus en coupe et une vue de face du dispositif selon l'invention dans le mode préférentiel de réalisation de la figure 1 On peut observer plus nettement les différents points d'ancrage 7 qui permettent de fixer le dispositif ainsi que la disposition particulière du détecteur 6 contre la face avant 1, protégé contre toute captation directe du faisceau lumineux du feu. La figure 4 représente une variante de réalisation du dispositif selon l'invention dans lequel il est ajouté une bavette diffusante En effet, la mobilité du dispositif selon linvention oblige à maintenir entre sa base et le sol une distance minimale de préservation h (voir figure 1) De ce fait, une partie du faisceau n'est pas captée et passe sous l'appareil Pour récupérer ce flux, le dispositif peut être équipé d'une bavette diffusante 18 La partie du faisceau initialement non captée est alors récupérée par une ouverture rectangulaire 17 pratiquée dans la paroi de la base 5 et occupant toute la largeur de la face avant 1 Le capteur fonctionne alors selon deux modes: un mode "normal" et un mode "de contact", le mode "de contact" se produisant lorsque la bavette vient en contact avec le feu Dans le second mode, le capteur donne une réponse très élevée et il est alors nécessaire de traiter et sélectionner les informations utiles. L'avantage du dispositif à bavette est d'être beaucoup moins sensible aux variations du niveau du capteur 6 par rapport au feu 13. La figure 5 montre le véhicule porteur du dispositif de mesure selon l'invention. Un châssis 20 muni d'un essieu 21 supporte un cadre mobile 22 qui assure sur un axe vertical un débattement important sur plus de 130 ' Une large voie V et des roues basses pression 23 stabilisent et amortissent les vibrations. Le cadre mobile 22 supporte un timon 25 équipé d'une attache standard 26 pour un véhicule tracteur, et d'un connecteur 27 pour le raccordement à un ensemble d'acquisition et de numérisation 28 installé dans ce véhicule tracteur. Le dispositif de mesure 10 est monté sur une nacelle 30 suspendue avec un mécanisme de blocage à deux positions 31 avec leviers. En configuration mesure, un bras articulé à ressort 32 permet un contact permanent d'une roue codeuse 33 avec le sol, afin que le système puisse évaluer précisément la distance parcourue entre chaque feu 13 Pour cela, deux interrupteurs 34 indiquent la position de la roue codeuse 33 et du dispositif de mesure 10 Un boîtier d'interface électronique 35 est fixé sur la nacelle 30 permettant l'interfaçage entre le détecteur 6 et le convertisseur intégré dans lensemble informatique d'acquisition et de numérisation 28. L'ensemble des pièces est recouvert d'une peinture noire mate pour éviter les réflexions parasites et tous les câbles cheminent dans les tubes d'ossature du châssis et du timon Afin de permettre le transport du dispositif de mesure sur les différents sites, notamment par l'intermédiaire du réseau routier national, un roue de secours 39 est fixée sur le châssis 20 qui est en outre muni d'un éclairage arrière 36, d'un porte plaque minéralogique 37 et d'une prise 38 de liaison électrique avec le véhicule. Le dispositif de mesure selon linvention permet d'explorer lensemble d'une fonction de balisage en roulage continu lorsque ce dispositif monté sur le véhicule porteur est déplacé par un véhicule tracteur La séquence de mesure est initialisée par un opérateur présent sur le véhicule tracteur dont le cap peut être maintenu simplement par une visée rudimentaire placée à lavant face au chauffeur, évitant ainsi toute déviation ou louvoiement Les résultats obtenus par ces mesures seront ensuite exploités en atelier à laide d'un logiciel spécifique qui restituera sous forme de graphes les niveaux d'intensités lumineuses recueillis au niveau de chaque feu de balisage d'une piste ou partie de piste déterminée. La mise en oeuvre du dispositif selon rinvention a permis de mettre en évidence les incidences suivantes (le dispositif ayant pour dimensions: L = 100 cm, H = 50 cm, R = 50 cm, h = 6 cm) par rapport à: langle d'abordage: la réponse du dispositif est stable jusqu'à + 10 '. Dépassé cette limite, il faut admettre une erreur de 0,5 % supplémentaire, la variation d'assiette du véhicule porteur; le maximum admissible est 1,5 cm pour une erreur additionnelle de 1 %, 8 2687781 Le déport d'axe de visée; il a été retenu comme déport normal + 10 cm, lerreur supplémentaire est alors de 1,4 % Lorsque le déport est de + 20 cm, elle atteint 5,6 %, le facteur de réflexion du sol; la réponse du capteur n'est pas perturbée par la nature du sol (chaussée propre ou recouverte de traces de pneumatiques), la température ambiante; les variations dépendent de la chaîfne de mesure et de la cellule utilisée. le temps de réponse de la chaîne de mesure; il faut choisir un matériel compatible avec le temps d'acquisition des données et sa fréquence. Les feux de balisages autres que celui analysé n'ont guère d'influence sur la réponse du capteur, le véhicule tracteur masquant tous les feux situés en amont de celui qui est analysé Toutefois, il a été vérifié qu'en absence de pluie, brume ou brouillard, seules circonstances permettant de valider les mesures, l'erreur engendrée par le flux parasite des autres feux est assez négligeable et, en tout cas est assimilable à une constante dont il pourra être tenu compte lors du dépouillement. Afin de limiter lencombrement du véhicule porteur lorsque celui-ci n'est pas utilisé, le cadre mobile 20 est muni d'une fixation 24 destinée à recevoir le timon 25, mobile également autour d'un axe horizontal, donc articulé en site et en azimut, qui se retrouve alors dans une position repliée. REVENDICATIONS 1 Dispositif pour la mesure in situ du flux lumineux de faisceaux intenses et étroits notamment de feux de balisage de pistes, caractérisé en ce qu'il comporte un caisson fermé ( 10) dans lequel est disposé un détecteur photo-électrique ( 6), ledit caisson comportant une face avant translucide ( 1) diffusant de manière omnidirectionnelle ( 14) à lintérieur de ce caisson le flux lumineux issu du faisceau ( 13) à mesurer, et au moins une autre face ( 3,4,5), dotée d'un haut pouvoir de réflexion diffusante, fermant ce caisson et assurant une réflexion et une diffusion de la lumière de façon homogène vers le détecteur ( 6) dont la partie sensible est disposée au niveau de ladite face avant mais tournée vers cette face de réflexion diffusante. 2 Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite autre face comporte cinq panneaux formant avec ladite face avant un parallélépipède. 3 Dispositif de mesure selon la revendication 1, caractérisé en ce que ladite autre face comporte une enveloppe demi-cylindrique ( 3) limitée par un couvercle ( 4) et une base ( 5), tous deux plans et demi-circulaires. 4 Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que ledit caisson fermé comporte à sa partie inférieure ( 5) un récupérateur diffuseur de lumière ( 18) qui diffuse une partie du flux lumineux émis par le faisceau à mesurer ( 13) vers l'intérieur du caisson ( 10) au travers d'une ouverture ( 17) pratiquée dans la partie inférieure. Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendication 1 à 4, caractérisé en ce que ledit caisson fermé comporte à sa partie inférieure ( 5) au moins un détecteur magnétique ( 9) pour détecter le passage au dessus d'un feu ( 12) émettant le faisceau à mesurer ( 13), cette partie inférieure ( 5) étant réalisée dans un matériau amagnétique. 6 Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendication 1 à 5, caractérisé en ce que ledit détecteur comporte au moins une cellule photo- électrique, ou photo-diode, ou photo-transistor, ou encore photorésistance. 7 Dispositif de mesure selon lune quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce que ladite face avant translucide comporte un panneau plan en méthacrylate ou polyéthylène opale. 8 Dispositif de mesure selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il est monté sur un véhicule comportant un châssis 2687781 tracté ( 20) muni: de quatre roues basses pression ( 23) destinées à amortir les irrégularités du sol; d'une roue codeuse ( 33) pour évaluer la distance parcourue entre chaque feu ( 12) à mesurer; et d'une nacelle ( 30) destinée à recevoir le dispositif de mesure ( 10). 9 Dispositif de mesure selon la revendication 8, caractérisé en ce que le châssis tracté ( 20) est muni d'un essieu ( 21) et supporte un cadre mobile ( 22) recevant un timon ( 25) articulé en site et en azimut et repliable sur le chassis ( 20).