Brevet FR2774767A3 — publié le 19990813

FR 2774767 A3 19990813 FR 9801589 A 19980211 La présente invention est relative à un dispositif destiné à la mesure précise de la transmission d'un milieu homogène et plus particulièrement d'une portion de l'atmosphère terrestre. Le procédé classiquement utilisé consiste à déterminer, pour une bande spectrale donnée, I'affaiblissement énergétique d'un faisceau lumineux traversant une épaisseur connue de cette partie d'atmosphère. Dans ce but on utilise, comme il est schématisé sur la figure 1, un émetteur E délivrant un faisceau sensiblement cylindrique de lumière modulée et un récepteur R, placé à quelques dizaines de mètres, captant ce faisceau affaibli par la traversée dans le milieu étudié. Pour exploiter l'information donnée par le récepteur il est indispensable d'étalonner l'appareil avec précision c'est à dire de bien connaître sa réponse pour une valeur connue de la transmission. Cependant cet étalonnage ne reste valide que si l'on prend soin, par des dispositifs appropriés, de nettoyer réguliérement les surfaces traversées par le faisceau lumineux et baignées par le milieu extérieur, surfaces susceptibles d'être polluées et de perturber ainsi les mesures. Ces précautions sont toutefois insuffisantes quand on recherche une grande précision, par exemple quand on veut évaluer la transmission avec une erreur inférieure à un pour cent. Diverses causes en effet affectent cette précision : le vieillissement de la source de lumière, les modifications de transparence, par oxydation ou condensation, des dioptres traversés par les rayons lumineux à l'intérieur de l'appareil et enfin les légères déformations des piliers, supports des éléments du système, qui décentrent le faisceau sur le récepteur. Aussi est-il nécessaire de refaire fréquemment l'étalonnage, le plus souvent, pour cette actualisation, les dispositifs connus introduisent de nouveaux éléments dans le cheminement du faisceau lumineux ou éliminent des organes existants. Les altérations de ces éléments supprimés ou ajoutés nc sont donc pas correctement pris en compte dans le nouvel étalonnage et par conséquent on ne peut espérer obtenir une mesure précise. Le but de la présente demande est de définir un dispositif qui permet, de façon simple et sûre, de renouveler l'étalonnage de l'appareil. Un système conforme à l'invention est schématisé par la figure 2. Il comporte essentiellement trois éléments, un émetteur E délivrant un faisceau sensiblement cylindrique de lumière modulée et deux récepteurs RI et R2 caractérisés par les dispositions suivantes: a) le récepteur R1 est placé en face de l'émetteur E, à quelques dizaines de mètres, et capte le flux direct cnvoyé par celui-ci, les axes principaux de E et de R1 étant à peu près confondus; b) le récepteur R2 est placé dc façon à ne recevoir de la part de E aucune lumière directe mais uniquement de la lumière diffusée par une partie du milieu éclairé par E. Dans le paragraphe suivant, on décrit le fonctionnement de l'appareil. Le rôle de Ri est de mesurer de façon classique la transmission de l'espace étudié, tandis que celui de R2 est dc permettre un nouvel étalonnage de l'appareil. Quand un milieu n'est pas totalement transparent, une partie du flux qui le traverse est transmise directement, une seconde fraction est absorbée et une troisième enfin est diffusée , d'ailleurs si on connaît la nature des particules constituant le milieu et la longueur d'onde du flux incident, la théorie établit une relation entre la lumière transmise et la lumière diffusée, relation d'ailleurs très précise pour les transmissions élevées. Le récepteur R2 est suffisamment sensible pour mettre en évidence la très faible diffusion quand la transmission est élevée, voisine de 1. Il existe des récepteurs capables de mesurer la diffusion moléculaire d'une portion d'atmosphère en l'absence de toute brume ou de tout aérosol, c'est à dire quand la transmission est maximum. Le récepteur R2 appartient à cette classe d'instruments. Par conséquent si ce récepteur décèle une diffusion égale à la diffusion moléculaire on admet que la transmission est 1 et on procède à l'actualisation de l'étalonnage. Ce cas idéal est toutefois peu fréquent et le plus souvent R2 met en évidence des diffusions faibles mais sensiblement supérieures à la précédente. Alors la relation théorique évoquée ci-dessus permet de déduire le facteur de transmission et l'actualisation de l'étalonnage peut tout aussi bien etre réalisée. On peut donc, par temps passablement clair, refaire l'étalonnage. Au cours de cette opération, le système selon l'invention ne modifie pas la disposition des éléments sur le circuit principal E-Rl , et il en résulte que pratiquement la précision de mesure de la transmission est améliorée d'au moins un facteur 10 en comparaison avec les appareils connus. De préférence cette rectification de l'étalonnage est automatisée. D'autre part, en s'appuyant sur les résultats théoriques, on peut aisément vérifier si les valeurs des flux de lumière transmise et de lumière diffusée, mesurés respectivement par Ri et R2, sont cohérentes. Si l'on constate une quelconque incohérence, c'est qu'il y a probablement une anomalie dans le système et l'on peut alors déclencher les opérations de maintenance préventive ou curative. Les émetteurs et les récepteurs associés à une bande spectrale particulière ainsi que leurs accessoires sont des ensembles connus de l'homme de l'art et ne font pas l'objet de la présente invention. De même l'état actuel des connaissances sort du cadre de la demande. Dans ce paragraphe on précise quelques configurations particulières et certaines précautions couramment appliquées dans ce genre d'appareils. Pour des raisons de mise en place, tout en restant dans le domaine de l'invention, on peut etre amené à couder le trajet E-Rl à l'aide de miroirs ou de systèmes équivalents. D'autre part on remarquera que le récepteur R2 peut être disposé en un lieu quelconque, en effet, grâce à l'emploi d'un ou plusieurs miroirs, il est toujours possible de dévier vers ce récepteur la lumière diffusée dans une certaine direction par une portion choisie du circuit. Bien que le flux émis par E soit modulé et que les récepteurs ne tiennent pas compte alors de la lumière parasite extérieure, il est déconseillé de placer dans le champ de ces récepteurs des plages lumineuses (soleil, ciel...) susceptibles de provoquer une saturation ou d'augmenter les bruits de fond. De plus, selon des dispositions connues, il faut éliminer dans le champ de Ri et R2 toute surface réfléchissante (partie métallique, flaque d'eau etc...) ou diffusante, capable de renvoyer des pinceaux lumineux parasites qui proviennent soit de l'émetteur modulé E, soit d'une source extérieure brillante. La source de lumière placée dans l'émetteur E est généralement fine et intense. On peut utiliser par exemple un arc pulsé au xénon ou bien un laser. On donne ci-dessous un exemple de réalisation conforme à la demande et destinée à la mesure de l'opacité des brumes et brouillards sur les aéroports. La source émettrice E est un laser rayonnant dans le vert qui, associé à son "extendeur", possède une divergence de 6.10-5 radian , le faisceau cylindrique issu de E a un diamètre de 30 mm. Le récepteur Ri est placé à 30 mètres de E , il est composé essentiellement d'un objectif de focale 300 mm et de diamètre 50 mm, d'un filtre interférentiel centré sur la longueur d'onde du laser et d'un photorécepteur de type classique . dans le plan focal de l'objectif est disposé un diaphragme de champ de diamètre 1.5 mm et une lentille de champ projetant l'objectif sur la surface photosensible. Le récepteur R2 est identique à Ri , il est placé à 50 cm de E et son axe principal est incliné vers le bas à 6 degrés sur l'axe E-RI. Il reçoit ainsi la lumière retrodiffusée par une portion du faisceau laser située à 5 mètres de E. Revendications 1) Dispositif de mesure précise de la transmission d'un milieu homogène, applicable en particulier à la détermination de transparences de l'atmosphère terrestre, comportant un émetteur E associé à deux récepteurs R1 et R2, caractérisé par les dispositions suivantes, prises en combinaison: a) l'émetteur E délivre un faisceau sensiblement cylindrique de lumière modulée b) le récepteur Ri est placé à quelques dizaines de mètres en face de l'émetteur E et capte le flux direct émis par celui-ci, les axes principaux de E et de R1 étant à peu près confondus, c) le récepteur R2 est placé de façon à ne recevoir de la part de E aucune lumière directe ou réfléchie mais uniquement la lumière diffusée par une portion du milieu éclairée par E d) le dispositif comporte les moyens d'actualiser l'étalonnage de l'ensemble pour les faibles valeurs de lumière diffusée vers R2. 2) Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comporte les moyens de vérifier si les flux reçus respectivement par R1 et R2 sont cohérents. 3) Dispositif selon la revendication I caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs miroirs ou systèmes optiques équivalents pour couder le faisceau émis par E. 4) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce qu'il comporte un ou plusieurs miroirs ou systèmes optiques équivalents pour dévier vers le récepteur R2 la lumière diffusée dans une certaine direction par une portion du milieu éclairé par E.