INPI-France/Brevets-Francais-2024-Chunked huggingface dataset:
Il peut s’avérer utile de changer une ou plusieurs colonnes 21, 22 en fonction de l’échantillon liquide ou gazeux à analyser, et/ou de modifier le nombre de colonnes, par exemple pour ajouter une pré-colonne 21 pour certaines analyses. A cet effet, la deuxième enceinte 20 peut comprendre un capot amovible permettant le remplacement d’une colonne 21, 22 ou l’ajout d’une ou plusieurs colonnes supplémentaires. Ce capot peut être retiré de la deuxième enceinte 20, indépendamment des autres éléments du système d’analyse 1. Par ailleurs, les dimensions de la deuxième enceinte 20, notamment la hauteur de ladite enceinte 20 lorsque les colonnes sont destinées à être superposées, sont choisies pour permettre de recevoir le nombre maximal de colonnes envisagé.
Le système d’analyse 1 comporte en outre une troisième enceinte 30 découplée thermiquement de la première enceinte 10 et la deuxième enceinte 20. La troisième enceinte 30 renferme un détecteur 31 qui peut être un détecteur TCD ou un détecteur du type NEMS tel que décrit par exemple dans les documents FR3078164 et FR3078165, ou tout autre détecteur adapté pour analyse d’un gaz ou un liquide par chromatographie. Le détecteur 31 comprend une entrée adaptée pour être connectée fluidiquement avec une seconde extrémité de la colonne 21, 22 de chromatographie, ou, dans le cas de plusieurs colonnes 21, 22 successives, à la seconde extrémité de la dernière colonne 22.
Lors de la détection la luminosité ambiante est amplifiée de la même manière que les signaux optiques des échos. Il a été mentionné précédemment des ordres de grandeurs très différents entre les courants générés par les impulsions échos (quelques pour un écho de quelques ) et celui induit par la luminosité ambiante (quelques dizaines de mA pour une photodiode silicium de 5x5mm² détectant tout le spectre solaire).
Afin de limiter le courant de photogénération induit typiquement par le soleil, pouvant conduire à une saturation du TIA, il est possible de placer un filtre optique juste en surface de photodiode. Il peut être le filtre coloré intégré à la photodiode proposé par les fabricants (spectre large de l’ordre de 300nm), ou encore un filtre interférentiel (spectre étroit de l’ordre de 10nm et tolérance angulaire inférieure à 3°, ce qui présente un inconvénient majeur de directivité).
En considérant typiquement une puissance solaire moyenne de autour d’une longueur d’onde de travail de 900nm illuminant une photodiode PIN de dimensions 5mmx5mm, un rapide calcul donne les valeurs de la tension de sortie du TIA (voir tableau I ci-dessous) pour deux valeurs de : - 10kΩ correspondant à une valeur classique dans les TIA utilisé pour les Lidars de l’état de la technique, réalisant un compromis sensibilité/bruit/bande passante. - 1 MΩ tension de sortie pour signal écho 1 Vs0 théorique pour soleil filtre de bande passante 300nm Vs0 théorique pour soleil – filtre de bande passante 10nm 10kΩ 10mV 70V 2.1V 1MΩ 1V 6920V 2100V Tableau I
Une tension d’alimentation du TIA typique est de 3 à 5V. Toute tension de sortie Vs0 théorique supérieure aura pour effet la saturation de celui-ci. Il en découle que : -La tenue au plein soleil n’est envisageable en l’état qu’avec l’utilisation du TIA en basse sensibilité équipé d’une résistance et d’un filtre interférentiel très fin positionné en amont de la photodiode. -La tenue au plein soleil n’est pas envisageable en l’état dans le cas de l’utilisation du TIA bas bruit haute sensibilité équipé d’une résistance .
Ainsi la tenue du capteur en plein soleil est antagoniste à l’utilisation d’un TIA à forte sensibilité. C’est une limitation majeure pour les lidars utilisés en extérieur (lidar « outdoor »). Par ailleurs pour un lidar à large champ de vue l’ajout d’un filtre interférentiel ne peut pas être envisagé à cause de ses difficultés de mise en œuvre, en particulier son faible angle d’ouverture.
Des solutions de compensation de courant moyen de photodiodes sont proposées dans la littérature et par les fabricants de composants spécialisés dans la détection de temps de vol.
L’une d’elles souvent consiste à retrancher le courant moyen issu de l’éclairement ambiant. Un exemple de composant, le MAX40658 produit par la société Maxim Integrated, illustre cette méthode. Son efficacité est limitée par la saturation du circuit de compensation et conduit à minima à l’utilisation d’un filtre optique à bande étroite (filtre interférentiel) pour minimiser la puissance du soleil sur la photodiode, sans garantie de fonctionnement pour les plus fortes luminosités. Mais le filtre interférentiel n’est pas compatible avec la détection champ large, car il ne fonctionne que sur une zone angulaire proche de la normale.
Une autre solution a été proposée en 2020 par Juha Kostamovaara & Al dans la publication « A wide dynamic range laser radar receiver based on Input Pulse-shaping technique », IEEE transactions on circuits and systems-I : regular papers, Vol 67, n°8, 2020. Les auteurs utilisent une inductance venant court-circuiter le courant moyen généré par l’éclairement ambiant. Cette méthode présente cependant l’inconvénient de limiter drastiquement les capacités de gain de l’amplificateur par le détournement réalisé du courant de photogénération.
Un but de la présente invention est de palier certains des inconvénients précités en proposant un Lidar à grand champ de vue présentant une sensibilité améliorée et rendu insensible à l’éclairement ambiant, ceci étant obtenu par l’ajout d’un composant dans le dispositif de réception.
DESCRIPTION DE L’INVENTION La présente invention a pour objet un système lidar par mesure d’un temps de vol comprenant : -un dispositif d’émission configuré pour émettre des impulsions lumineuses en direction d’une scène selon un angle supérieur ou égal à 5 ° -un dispositif de réception comprenant : *un photo-détecteur configuré pour recevoir des impulsions réfléchies ou rétrodiffusée par au moins un élément (Ei) de la scène et pour convertir lesdites impulsions en signal électrique, *un circuit d’amplification configuré pour amplifier ledit signal électrique, -une unité de traitement dudit signal électrique amplifié configurée pour numériser le signal électrique amplifié et déterminer une distance (di) dudit au moins un élément à partir dudit signal électrique amplifié numérisé.
Le circuit d’amplification comprend un amplificateur transimpédance, un transformateur comprenant un primaire et un secondaire, et une capacité, le primaire du transformateur étant connecté à une anode du photo-détecteur, le secondaire étant connecté à ladite capacité, ladite capacité étant connectée à une entrée dudit amplificateur transimpédance.
Selon un mode de réalisation plage de fonctionnement en fréquence du transformateur inclut la bande [10 MHz; 350 MHz].
Selon un mode de réalisation un rapport de transformation égal au ratio du nombre de spires du secondaire sur le nombre de spires du primaire est strictement supérieur à 1.
Selon un mode de réalisation le circuit d’amplification comprend en outre une inductance disposée en série avec ladite capacité.
Selon un mode de réalisation la capacité C et l’inductance L vérifient la relation : avec inductance du primaire du transformateur, la capacité de transition de la photodiode, n rapport de transformation définit par : avec n p et n s nombre de spires respectivement du primaire et du secondaire.
Selon un mode de réalisation l’inductance vérifie la relation : avec : n p et n s nombre de spires respectivement du primaire et du secondaire, inductance du primaire du transformateur, capacité de transition de la photodiode, f i_b fréquence d’intérêt minimale.
Un actionneur électromagnétique est apte à exercer un effort axial sur la première partie d’accouplement de manière à la déplacer de la position désaccouplée vers la position accouplée. L’actionneur comporte un piston qui est guidé axialement en translation et qui est en appui axialement contre la première partie d’accouplement de manière à la déplacer entre la position accouplée et la position désaccouplée. La première partie d’accouplement est mobile en rotation par rapport au piston puisque l’actionneur est monté fixe en rotation sur un carter du système de transmission alors que la première partie d’accouplement est solidaire en rotation du boîtier de différentiel et, par conséquent, mobile en rotation autour de l’axe A. Aussi, pour réduire l'usure causée par le mouvement de rotation relatif entre le piston et la première partie d’accouplement, le piston est en contact avec la première partie d’accouplement par l’intermédiaire d’un disque de glissement qui est fabriqué dans un matériau à faible coefficient de frottement, tel que le bronze.
Un tel système de transmission n’est pas pleinement satisfaisant.
En effet, la demanderesse a constaté, que si le disque de glissement interposé entre le piston et la première partie d’accouplement permettait de réduire l’usure, le couple de frottement s’opposant au mouvement de rotation relative de la première partie d’accouplement par rapport au piston demeure trop important. Ce frottement génère un couple de traînée qui augmente la consommation énergétique du moteur accouplé au dispositif d’entraînement différentiel.
Résumé Une idée à la base de l’invention est de proposer un système de transmission du type précité qui permette de remédier aux inconvénients de l’état de la technique en offrant un meilleur rendement énergétique.
Selon un mode de réalisation, l’invention fournit un système de transmission pour un véhicule automobile comprenant : - un dispositif d’entraînement différentiel qui est configuré pour distribuer un couple vers deux arbres de roue d’un essieu du véhicule, le dispositif d’entraînement différentiel comprenant un premier élément et un deuxième élément mobiles en rotation autour d’un axe X, le premier élément étant destiné à être entrainé par un moteur et le deuxième élément étant destiné à entrainer au moins l’un des deux arbres de roue ; le dispositif d’entraînement différentiel comprenant un dispositif d’accouplement qui comporte une première partie d’accouplement qui est solidaire en rotation du premier élément et une deuxième partie d’accouplement qui est solidaire en rotation du deuxième élément, la première partie d’accouplement étant mobile axialement par rapport au premier élément entre une position accouplée dans laquelle la première partie d’accouplement est accouplée avec la deuxième partie d’accouplement pour transmettre un couple entre le premier élément et le deuxième élément et une position désaccouplée dans laquelle la première partie d’accouplement et la deuxième partie d’accouplement sont désaccouplées l’une de l’autre, le dispositif d’accouplement comportant en outre un actionneur comportant : - un piston guidé en translation axiale entre une position rétractée et une position déployée ; et - une butée à roulement qui est interposée entre le piston et la première partie d’accouplement de manière à transmettre un effort d’actionnement du piston vers la première partie d’accouplement et déplacer la première partie d'accouplement de la position désaccouplée vers la position accouplée lors du mouvement du piston de la position rétractée vers la position déployée.
Ainsi, l’utilisation d’une butée à roulement entre le piston de l’actionneur et la première partie d’accouplement permet de diminuer de manière conséquente le couple de trainée du système de transmission et ainsi, d’augmenter son rendement énergétique.
Selon un mode de réalisation, le piston est fixe en rotation par rapport à l’axe X.
Selon un mode de réalisation, le dispositif d’accouplement comporte des moyens de rappel élastiques qui sont agencés pour rappeler la première partie d’accouplement vers la position désaccouplée.
Selon un mode de réalisation, l’actionneur est un actionneur électromagnétique. Un tel actionneur est particulièrement avantageux en ce qu’il présente une excellente réactivité.
Selon un mode de réalisation, l’actionneur comporte un électro-aimant qui est apte à déplacer le piston entre la position rétractée et la position déployée et à l’intérieur duquel le piston est guidé en translation, le piston comportant un corps en matériau ferromagnétique.
Selon un mode de réalisation, l’électro-aimant comporte une carcasse magnétique et une bobine logée à l’intérieur de la carcasse magnétique.
Selon un mode de réalisation, l’électro-aimant a globalement une forme annulaire autour de l’axe de rotation X.
Selon un mode de réalisation, la carcasse magnétique est fixée axialement et circonférentiellement sur un carter du système de transmission.
Selon un mode de réalisation, l’actionneur comporte un capot magnétique contre lequel le corps du piston vient en butée lorsque le piston est en position déployée. Ainsi, le capot magnétique assure le maintien du piston dans la position déployée, ce qui permet de baisser l’intensité d’alimentation de l’électro-aimant.
Selon un mode de réalisation, le piston et l’électro-aimant sont disposés respectivement radialement l’un à l’intérieur de l’autre ou axialement l’un à côté de l’autre.
Conformément à l’invention, le rotor 2 comprend en outre une pluralité de plateformes 5, distinctes des aubes 4 et qui sont disposées autour du disque de rotor 3, de sorte que chaque plateforme 5 soit insérée entre deux aubes 4 consécutives du disque de rotor.
Sur les figures 4 à 6, on peut voir un exemple de réalisation d’une telle plateforme 5.
La plateforme 5 comprend une paroi principale 50 qui se prolonge à ses deux extrémités axiales respectivement par une paroi radiale amont 51 et par une paroi radiale aval 52. Par paroi « radiale », on entend une paroi qui est radiale ou sensiblement radiale lorsque la plateforme 5 est dans sa position normale d’utilisation, c’est-à-dire insérée entre deux aubes consécutives du rotor.
De façon avantageuse, et comme on peut le voir sur les figures, la paroi principale 50 est inclinée de l’amont et du bas vers le haut et l’aval. Ceci permet d’avoir une pente de veine forte, typique du premier étage d’une turbine basse pression rapide. Toutefois, selon d’autres variantes de réalisation, la paroi 50 pourraient être inclinée dans l’autre sens ou s’étendre axialement (sans inclinaison).
La paroi principale 50 comprend deux bords longitudinaux 501 et 502.
De préférence, le bord longitudinal 501 est convexe et le bord longitudinal 502 est concave. En outre, les degrés d’incurvation respectifs des bords 501 et 502 sont configurés pour que lorsque qu’une plateforme 5 est disposée entre deux aubes consécutives, son bord 501 épouse la forme de l’intrados 401 de l’une de ces deux aubes et que son bord 502 épouse la forme de l’extrados 402 de l’autre de ces deux aubes, de façon à assurer la continuité de la veine principale 18.
De plus, le bord longitudinal convexe 501 comprend une gorge convexe 503 de réception de la partie concave 431 de la nervure d’accouplement 43 de l’une des deux aubes 4 entre lesquelles la plateforme 5 est disposée et le bord longitudinal concave 502 comprend une gorge concave 504 de réception de la partie convexe 432 de la nervure d’accouplement 43 de l’autre des deux aubes 4 entre lesquelles la plateforme 5 est disposée.
En outre, la paroi radiale amont 51 est d’une hauteur H (voir ) suffisante pour que lorsque la plateforme 5 est en place sur le disque de rotor 3, comme représenté sur la , cette paroi 51 s’étende devant une moitié gauche ou droite de l’ouverture amont de l’alvéole 30 et également radialement vers l’intérieur, au-delà du fond de l’alvéole 30, jusqu’à devant une partie de la face amont 32 du disque de rotor 3. Cette paroi radiale amont 51 participe ainsi à réaliser l’étanchéité au niveau des alvéoles 30.
De façon avantageuse et afin de renforcer encore cette étanchéité, la paroi radiale amont 51 peut présenter sur sa face aval 510, (c’est-à-dire celle tournée vers le disque de rotor 3 lorsque la plateforme 5 est en place), une rainure 511 légèrement en arc de cercle, apte à recevoir une portion d’un joint d’étanchéité annulaire 6, qui est plaqué contre la face amont 32 du disque 3.
En outre, de préférence, la paroi radiale amont 51 est munie d’un becquet amont 512 qui s’étend axialement ou sensiblement axialement vers l’amont depuis la face amont 513 de la paroi radiale 51.
De préférence également, la paroi radiale aval 52 est muni d’un becquet aval 521, qui s’étend axialement ou sensiblement axialement vers l’aval depuis la face aval 522 de la paroi radiale 52.
Le fait que la plateforme 5 soit indépendante de l’aube 4 permet de positionner le becquet amont 512 plus bas (c’est-à-dire plus proche de l’axe X1) que le becquet aval 521 et ce d’autant plus que la paroi 50 est inclinée, tout en n’ayant pas d’impact sur la position du pied d’aube 42. Il est ainsi possible de conserver une échasse 41 de faible hauteur.
La paroi radiale aval 52 est également munie d’un épaulement 523, ménagé sur la face amont 524 de la paroi 52. Cet épaulement 523 débouche radialement vers l’intérieur.
Enfin, de façon avantageuse, la paroi principale 50 de la plateforme 5 comprend au moins un raidisseur 53 qui fait saillie vers l’intérieur, depuis sa face radialement interne 500. Dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures, la plateforme 5 comprend deux raidisseurs 53. Elle pourrait en comprendre davantage.
De même, dans l’exemple de réalisation représenté sur les figures, les raidisseurs sont perpendiculaires à l’axe longitudinal médian de la paroi 50. Ce ou ces raidisseurs pourrai(en)t également être disposé(s) selon l’axe longitudinal médian de la paroi 50 et être rectiligne(s) ou incurvé(s) pour épouser le rayon de courbure des bords 501 et 502.
Le montage des différentes pièces est avantageusement réalisé de la façon suivante :
Enfin la proximité des obstacles est synonyme de mesure de temps d’échos courts, nécessitant à priori une électronique de détection rapide.
On s’intéresse ici à la détection de signaux lidar présentant une fréquence d’intérêt comprise dans la bande [10 MHz, 350 MHz]. Cette bande de fréquence est reliée entre autre à la forme de l’impulsion et à la séparation des impulsions retour que l’on souhaite mesurer (par exemple distinguer 1 m d’espacement).
L’objectif de l’invention est de s’affranchir du signal parasite généré par la présence de l’éclairement ambiant c’est-à-dire l’annulation de la composante continue du courant de photogénération tout en conservant une sensibilité élevée et un faible niveau de bruit. Pour cela le circuit d’amplification CA du lidar 10 selon l’invention comprend un circuit amplificateur transimpédance TIA, un transformateur T comprenant un primaire P et un secondaire S et une capacité C tel qu’illustré . Le photodétecteur présente de manière classique une anode An et une cathode Cath. Le circuit amplificateur transimpédance TIA est un circuit adapté pour les applications lidar connu de l’état de la technique. Le primaire P du transformateur étant connecté à l’anode An du photo-détecteur, le secondaire S est connecté à la capacité C, elle-même connectée à une entrée de l’amplificateur transimpédance.
On rappelle que les circuits primaire P et secondaire S d’un transformateur sont, en première approximation, liés par la relation ,
avec Up et Us tensions respectives aux bornes du primaire et du secondaire, Ip et Is intensités respectives au primaire et au secondaire telles qu’illustrées , n p et n s nombre de spires respectivement du primaire et du secondaire, et n le rapport de transformation.
Un exemple de circuit d’amplification selon l’invention, avec un amplificateur transimpédance basique comprenant un amplificateur Amp et une résistance R, est illustré . Bien entendu l’invention est compatible avec tout TIA plus complexe utilisé pour la détection lidar, comprenant plusieurs composants d’amplification (amplificateurs opérationnels, transistors).
Le principe de fonctionnement du transformateur réside dans la conversion d’un courant en son primaire, qui est ici le courant de photodiode i ph (t) en un champ magnétique , lui-même reconverti en un champ électrique , donc en une tension au secondaire du transformateur. On a décrit précédemment le courant de photodiode : (1)
somme des courants statiques inverses de la photodiode (courant de saturation, courant de noir), somme des bruits intrinsèques de la photodiode (principalement bruit de grenaille).
Préférentiellement on équipe le photodétecteur d’un filtre coloré, présentant par exemple une transmission entre 750 nm et 1100 nm (émission à 900 nm), soit un Δλ = 350 nm. Rappelons qu’un filtre interférentiel ne peut pas être utilisé car son faible champ angulaire (3° au maximum) n’est pas compatible avec le champ de détection large du lidar selon l’invention.
A titre d’exemple on détermine le courant de photogénération i phs généré par un soleil de face de densité de puissance ou irradiance Irs de 0.89 W/m 2 /nm, le photodétecteur (diode PIN de surface détectrice A=25µmx25µm) couplé à un filtre coloré de bande passante de 350 nm :
Il est connu que le champ électrique est fonction de la dérivée du champ magnétique induit par . En conséquence la tension et le courant issus du transformateur ne dépendent que des variations de . La tension issue du TIA sera de la forme :
Sans caractériser le coefficient , il est établi ici que toutes les composantes statiques du courant de photodiode sont éliminées au secondaire du transformateur : -les courants intrinsèques inverses parasites de la photodiode I 0 (courant de saturation, courant de noir), -les courants de photo génération dus à des sources lumineuses quelconque, faibles ou intenses (soleil).
L’ajout d’une capacité C est lié à la problématique de réduction du bruit comme expliqué ci-dessous.
Il est connu que l’amplificateur de transimpédance ne remplit idéalement son rôle que si la source de courant branchée à son entrée est idéale et voit sont impédance de sortie infinie. Une source de courant réelle a une impédance de sortie finie. Celle-ci peut être résistive, inductive ou capacitive, ou un mix de plusieurs éléments. En particulier une photodiode est assimilable à une source de courant avec une impédance de sortie capacitive . Le schéma équivalent d’une photodiode est rappelé .
Comme tout système électronique, le TIA génère intrinsèquement des bruits symbolisés en ses entrées comme une seule source de bruit en tension et une seule source de bruit en courant, dont les densités spectrales peuvent être considérées constantes pour les fréquences d’intérêt. La technologie d’amplification à éléments FET (Field Effect Transistor) n’ajoutant que peu de bruit en courant, la valeur élevée de résistance de contre réaction R du TIA n’ajoutant également que peu de bruit, on s’intéresse ici à la source de bruit en tension e n , rapportée à l’entrée. Le TIA, quelle que soit sa structure électronique, se comporte alors comme un amplificateur vis-à-vis de sa source de tension de bruit, d’une valeur appelée classiquement « gain de bruit », illustré .
On définit le gain de bruit G comme : Gn = Vs n /e n = 20.log[1+ R/Zs] Avec Vs n tension de sortie avec i ph =0.
La représente un schéma synoptique illustrant une variante de réalisation d’un système selon l’invention. Et
Les figures 8 et 9 représentent encore un autre exemple de réalisation d’un système selon l’invention.
On a en effet illustré sur ces figures et en particulier sur la , un système d’indication de tension pour un élément d’arrimage notamment d’une charge.
Sur cette , cet élément d’arrimage est désigné par la référence générale 1 et cet élément est par exemple constitué par une sangle en matériau textile d’arrimage d’une charge quelconque.
Sur cette , le système d’indication est désigné par la référence générale 2.
Celui-ci comporte au moins deux parties 3 et 4, déplaçables l’une par rapport à l’autre et qui sont munies de moyens d’accrochage sur des portions correspondantes de l’élément d’arrimage 1.
Des moyens d’indication de tension par effet de moiré sont fixés sur ces deux parties du système.
En fait, ces moyens d’indication de tension par effet de moiré sont désignés par la référence générale 5 sur cette figure et ceux-ci comprennent en réalité par exemple deux réseaux à effet ou de moiré superposés désignés par les références 6 et 7 sur cette figure.
L’effet de moiré est bien connu dans l’état de la technique et celui-ci est illustré sur la .