BRPI1005966A2

BRPI1005966A2 - sonda anemomÉtrica àtica com dois eixos de mediÇço

Info

Publication number: BRPI1005966A2
Application number: BRPI1005966-0A
Authority: BR
Inventors: Jean-Pierre Schlotterbeck; Philippe Rondeau
Original assignee: Thales Sa
Priority date: 2009-12-11
Filing date: 2010-12-10
Publication date: 2013-04-09
Also published as: FR2953934B1; EP2339356A1; US20110141471A1; US8451435B2; EP2339356B1; FR2953934A1; CA2724598A1

Abstract

SONDA ANEMOMÉTRICA àTICA COM DOIS EIXOS DE MEDIÇçO. O campo geral da invenção é esse de sondas anemométricas óticas. Em uma primeira arquitetura, a sonda de acordo com a invenção compreende uma fonte de laser (201) emitindo um feixe de luz primário polarizado linearmente e um bloco ótico (220) compreendendo recursos de divisão (202) para separar o dito feixe primário, um caminho ótico de referência (R), um caminho ótico de "emissão" (P) e um caminho ótico de medição (230). O bloco ótico compreende recursos óticos de rotação da polarização (210) arranjados na saída da fonte de laser e antes dos recursos de divisão, O caminho ótico de emissão compreende um circulador ótico (204), uma primeira cabeça ótica de "emissão/recepção" (205) iluminando uma primeira zona de medição e uma segunda cabeça ótica de "emissão/recepção" (205) iluminando uma segunda zona de medição. O circulador ótico (204) compreende quatro portas, uma primeira porta de entrada, uma segunda e uma terceira porta de entrada/saída ligadas respectivamente à primeira cabeça ótica e à segunda cabeça ótica e uma quarta porta ligada ao caminho ótico de medição. Em uma segunda arquitetura semelhante à primeira, a sonda compreende uma fonte de laser emitindo um feixe de luz primário polarizado linearmente e dois blocos óticos, cada um compreendendo um caminho ótico de emissão" incluindo um circulador de quatro caminhos e duas cabeças óticas.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "SONDA A- NEMOMÉTRICA ÓTICA COM DOIS EIXOS DE MEDIÇÃO".

O campo da invenção é esse de anemometria ótica e em parti- cular anemometria ótica a bordo de avião.

Para pilotar um avião é necessário conhecer pelo menos sua al-

titude relativa, sua velocidade com relação ao ar ambiente e seu ângulo de ataque. Estes vários dados podem ser medidos localmente, no campo pró- ximo, nas proximidades da estrutura do avião ou no campo distante, longe do campo aerodinâmico perturbado pelo avião. Os dados de campo próximo são obtidos convencionalmente ao medir um certo número de parâmetros aerodinâmicos tais como a pressão estática permitindo determinação da alti- tude, a pressão total permitindo determinação da velocidade relativa, o ângu- lo de ataque local e a temperatura total permitindo que as correções neces- sárias sejam feitas. Estas medições são executadas por um certo número de sondas situadas na estrutura do avião. Menção será feita notavelmente de sondas de pressão estática, sondas de pressão ou "TAS", o acrônimo repre- sentando "Velocidade do Ar Verdadeira", sondas de temperatura ou "TAT", o acrônimo representando "Temperatura Total do Ar", sondas de ângulo de ataque ou "AOA", o acrônimo representando "Ângulo de Ataque", sondas de deslizamento lateral ou "SSA", o acrônimo representando "Ângulo de Desli- zamento Lateral", etc.

Os dados de campo distante são executados por meio de dispo- sitivos de anemometria ótica chamados de "LiDARs", o acrônimo represen- tando "Detecção e Variação de Luz". Um LiDAR emite e recebe luz ao longo de um determinado eixo de medição. As assim chamadas arquiteturas Li- DAR de anemometria convencional "3D" permitindo que medições sejam feitas nas três dimensões de espaço usam o menor número possível de ei- xos de medição por motivos óbvios de custo. Para sistemas de eixos de me- dição fixados, três eixos de medição são suficientes se executando as assim chamadas de medições de "longo alcance", ou seja, sem qualquer efeito apreciável do campo aerodinâmico local. De outro modo, quatro eixos de medição são necessários se as medições forem executadas em curto alcan- ce onde os efeitos de camada limite significam que o fluxo local não é mais representativo de todas as variações dos parâmetros do "infinito a montan- te".

A figura 1 representa o diagrama de um sistema para medições anemobarométricas compreendendo ao mesmo tempo sensores de medição de campo próximo e "LiDARs". Por razões de segurança óbvias, o avião tem três canais de medição autônomos.

Os canais 1 e 3, à esquerda e ao centro na figura 1, compreen- dem essencialmente as seguintes sondas e sensores pneumáticos: um Pitot 11 e 31, uma sonda de ângulo de ataque 12 e 32, uma sonda de desliza- mento lateral 13 e 33, uma sonda de temperatura 14 e 24 (sonda de duplo elemento compartilhada em dois canais) e duas sondas de pressão estática e 16 e 35 e 36 situadas em um e outro lado da fuselagem. Estes vários sensores estão representados em branco e cinza na figura 1. Tal como visto, estes canais tornam possível medir todos os parâmetros anemobarométricos necessários para pilotagem. Estes canais de medição primários são total- mente convencionais.

O canal 2, à direita na figura 1, compreende essencialmente os seguintes sensores e sondas: os dois LiDARs 21 e 22 compreendendo duas cabeças óticas de duplo eixo simbolizadas por setas pretas, uma sonda de temperatura 24 e duas sondas de pressão estática 25 e 26 situadas em um e outro lado da fuselagem. Estes vários sensores estão representados em preto na figura 1. Os dois LiDARs tornam possível assegurar ao mesmo tempo as medições de velocidade e de ângulo de ataque e de deslizamento lateral, ou seja, as assim chamadas de funções "TAS", "AOA" e "SSA". Tal como visto, este canal também torna possível medir todos os parâmetros anemobarométricos necessários para pilotagem.

Finalmente, uma assim chamada de instrumentação de recupe- ração de "Reserva" 38 que é situada no painel de instrumentos do avião usa um Pitot adicional 31 e compartilha as sondas de pressão estática com o canal 3 (as sondas de pressão estática 35 e 36).

Uma arquitetura ótica convencional 100 usada para incorporar os LiDARs da figura 1 está representada na figura 2. Nesta e na figura se- guinte as seguintes convenções foram adotadas:

- para a propagação dos feixes de luz, as direções de propaga- ção da luz estão representadas pelas setas com uma ponta triangular,

- a polarização linear da luz está representada por uma seta com

uma ponta em forma de V quando o plano de polarização está no plano da folha (assim chamada de polarização elétrica transversal ou TE) e por um círculo centrado quando o plano de polarização é perpendicular ao plano da folha (assim chamada de polarização magnética transversal ou TM).

A implementação exemplar apresentada na figura 2 corresponde

a uma arquitetura com fibras, ou seja, as várias funções óticas são ligadas conjuntamente por meio de fibras óticas e, mais particularmente, de fibras de manutenção de polarização. Tal como visto na figura 2, a arquitetura ótica convencional 100 compreende essencialmente:

- Uma fonte de laser 101 fornecendo uma onda de referência po-

larizada linearmente. Na figura 2, a direção de polarização desta onda está no plano da folha;

- Um dispositivo divisor 102 dividindo a onda de referência pola- rizada fornecida por esta fonte 101 em dois caminhos: o caminho de refe-

rência R no qual um primeiro fluxo luminoso circula e o caminho de energia P no qual um segundo fluxo luminoso circula;

- O caminho de energia P segue uma das duas saídas do dispo- sitivo divisor 102. O segundo fluxo luminoso deste caminho em seguida en- tra em um amplificador ou "intensificador" 103;

-O segundo fluxo luminoso em seguida atravessa um circulador

ótico 104. A função deste circulador é direcionar ao mesmo tempo o fluxo do caminho de energia na direção da cabeça ótica 105 e o fluxo recebido na direção dos dispositivos de medição 106 e 107. Este circulador compreende três caminhos. O primeiro caminho corresponde à entrada do fluxo luminoso

amplificado. O segundo caminho corresponde à saída do dito fluxo na dire- ção da cabeça ótica e o terceiro caminho corresponde à saída do fluxo lumi- noso retroespalhado na direção do canal de medição 106 e 107. Assim, o fluxo luminoso introduzido no primeiro caminho é transmitido com um míni- mo de perdas na direção do segundo caminho sem ser transmitido na dire- ção do terceiro caminho, enquanto que um fluxo luminoso introduzido pelo segundo caminho é transmitido com um mínimo de perda na direção do ter- ceiro caminho sem ser transmitido na direção do primeiro caminho. Um mo- do habitual de minimizar as perdas desta função para uma ampla faixa de comprimentos de onda é usar um dispositivo de divisão de polarização. As- sim, o circulador transmite um feixe de luz polarizado linearmente no plano da folha do primeiro caminho na direção do segundo caminho e o circulador transmite um feixe de luz polarizado linearmente de modo perpendicular ao plano da folha do segundo caminho na direção do terceiro caminho. A título de exemplo, o elemento 104 pode ser um dispositivo de divisão de polariza- ção associado com uma placa de quarto de onda contida na ótica de proje- ção 105. Deve ser notado que, neste tipo de arquitetura, os feixes de emis- são são polarizados sob polarização circular tão tarde quanto possível a fim de minimizar as fontes de sinal do tipo "narciso", ou seja, os ecos em impu- rezas ou elementos do sistema, tais como, por exemplo, as reflexões nas várias dioptrias encontradas no caminho ótico dos caminhos de emissão e recepção;

- Na saída do circulador 104, o fluxo do caminho de energia en-

tra na cabeça ótica 105 que assegura uma dupla função. Por um lado, ela projeta o fluxo ótico polarizado linearmente no plano da folha na atmosfera na distância de medição desejada. Além disso, ela coleta o fluxo retroespa- Ihado pelas partículas ou pelos aerossóis contidos no volume de medição e fornece como saída um feixe de recepção que entra no circulador 104 que, portanto, transmite na direção do caminho de medição um fluxo retroespa- Ihado polarizado de forma linear perpendicularmente ao plano da folha. Na figura 2, a cabeça ótica 105 está representado convencionalmente por uma seta dupla, símbolo da lente e de uma janela plana. A mudança de polariza- ção pode ser efetuada por meio do uso de uma placa de quarto de onda na cabeça ótica;

- Um dispositivo de mistura 106 do tipo interferométrico que po- de ser, a título de exemplo, um acoplador de manutenção de polarização que permite a recombinação coerente do fluxo emanando do caminho de referência e do fluxo de retorno chegando do circulador 104;

- Os dois feixes emanando do dispositivo 106 são direcionados para os dois diodos de um detector balanceado 107, tornando possível con- tornar o ruído relativo da fonte, também chamado de "RIN" para "Ruído de Intensidade Relativa". A onda de referência é orientada pelo elemento ótico 108 de acordo com a mesma polarização que o sinal coletado ou retroespa- Ihado. Este elemento 108 pode ser uma placa de meia onda. No caso onde

a propagação dos feixes é assegurada por meio de fibras óticas, esta função pode ser obtida ao efetuar uma união transversal (eixo lento/eixo rápido) em duas fibras de manutenção de polarização.

Os elementos mais caros desta arquitetura são a fonte de laser 101, o "intensificador" 103, o detector 107 e o processamento de sinal. Uma instalação de avião compreende quatro eixos de medição, distribuídos como duas cabeças óticas de duplo eixo.

A instalação deste tipo de LiDAR em avião sofre de diversas desvantagens principais, detalhadas a seguir:

- A oscilação dinâmica angular do avião é razoavelmente alta (de uma maneira geral se estendendo entre -5o a +25°). A oscilação dinâmi- ca angular do vetor de velocidade do ar pode ser duplicada em modo de campo local, passando assim perto de 60 graus, isto sendo muito significati- vo e tendo um impacto na diluição geométrica. Assim, existe um risco de perder um eixo de medição quando ele se situa praticamente normal ao ve-

tor de velocidade que se pretende medir;

- A medição do ângulo de ataque é crítica para a manutenção do desempenho em termos tanto de precisão quanto de banda de passagem, substancialmente mais que a medição da velocidade propriamente dita;

- A medição em 4 eixos de campo próximo necessariamente per- turbada distribuída em dois lugares resulta em um nível de redundância na

medição tridimensional de quase zero, agora impossibilitando assim uma verificação genuína de integridade da medição; - A colocação e a orientação dos eixos de medição devem ser tais como para estar seguro de não inverter o sinal da projeção de velocida- de para a extensão que ótica homódina sem mudança de freqüência é usa- da de uma maneira geral, ou seja, uma única fonte é usada para gerar a on- da de sinal por um lado e a onda de referência por outro lado.

A fim de manter o desempenho de metrologia por todo o domínio de vôo e com uma baixa probabilidade de alarme falso, estas desvantagens resultam no sobredimensionamento de certas características do LiDAR tais como, por exemplo, sua energia ótica emitida a fim de obter melhor visibili- dade do sinal.

A inversão de sinal ou problema de serrilhado pode ser evitado ao empregar um modulador acústico-ótico ou um segundo laser de referên- cia, coerente, mas alterado em comprimento de onda. Estas soluções ne- cessariamente são complexas e caras. O dispositivo de acordo com a invenção alivia estas desvanta-

gens por uma grande extensão. A idéia consiste em modificar de forma mí- nima a arquitetura ótica a fim de ser capaz de oferecer mais ângulos de vi- sualização, ou seja, eixos de medição, sem multiplicar o número de fontes, de recursos de amplificação, de detecção ou de processamento do sinal. Tal como foi visto no dispositivo da figura 2, uma única polarização da luz é usa- da na emissão e na recepção. O dispositivo de acordo com a invenção usa dois eixos de polarização de luz mutuamente perpendiculares. Dois fluxos luminosos chegando da mesma fonte são assim emitidos em duas cabeças óticas orientadas diferentemente, ambos os fluxos sendo polarizados Iinear- mente, mas seus planos de polarização sendo perpendiculares. A detecção e a análise dos sinais retroespalhados por estas duas cabeças óticas podem ser concluídas muito simplesmente. Dois eixos de medição são assim cria- dos sem sobrecarregar consideravelmente a arquitetura ótica.

Mais precisamente, o objetivo da invenção é uma sonda ane- mométrica ótica compreendendo pelo menos uma fonte de laser emitindo um feixe de luz primário polarizado linearmente, um bloco ótico e um cami- nho ótico de medição, o bloco ótico compreendendo recursos de divisão pa- ra separar o dito feixe primário em dois feixes secundários, um caminho óti- co de referência, um caminho ótico de "emissão", o primeiro feixe secundário passando pelo caminho ótico de referência, o segundo feixe secundário pas- sando pelo caminho ótico de "emissão", o caminho ótico de emissão com- preendendo pelo menos um circulador ótico e uma primeira cabeça ótica de "emissão/recepção" iluminando uma primeira zona de medição,

caracterizado pelo fato de que

- o bloco ótico compreende recursos óticos de rotação da polari- zação arranjados na saída da fonte de laser e antes dos recursos de divisão,

os ditos recursos óticos de rotação da polarização tornando possível girar o plano de polarização do feixe de luz primário por um ângulo conhecido, o bloco ótico também compreende uma segunda cabeça ótica de emis- são/recepção iluminando uma segunda zona de medição;

- o circulador ótico compreende quatro portas, uma primeira por- ta de entrada através da qual o segundo feixe secundário entra, uma segun- da e uma terceira porta de entrada/saída ligadas respectivamente à primeira cabeça ótica e à segunda cabeça ótica e uma quarta porta ligada ao cami- nho ótico de medição, o circulador sendo imaginado de uma tal maneira que,

■ quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano predeterminado, ele é conduzido na direção da segunda porta,

■ quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano perpendicular ao dito plano predeterminado, ele é conduzido na direção da terceira porta,

■ o primeiro feixe retroespalhado pela primeira zona de medição, recebido pela primeira cabeça ótica e polarizado perpendicularmente ao pla- no predeterminado, entrando na segunda porta é conduzido na direção da quarta porta,

■ o segundo feixe retroespalhado pela segunda zona de medi- ção, recebido pela segunda cabeça ótica e polarizado no plano predetermi-

nado, entrando na terceira porta é conduzido na direção da quarta porta.

Este circulador de 4 caminhos pode ser simplesmente um divisor de polarização bidirecional incorporado como ótica "livre", em cujo caso o divisor é um espelho ou um cubo de divisão de polarização, ou como ótica com fibras por meio de um divisor de polarização de 4 portas. Este divisor de polarização é associado com uma placa de quarto de onda.

Vantajosamente, os recursos óticos de rotação da polarização têm pelo menos duas posições de controle favorecidas, a primeira posição correspondendo a uma orientação do plano de polarização do feixe de luz primário no plano predeterminado, a segunda correspondendo a uma orien- tação do plano de polarização do feixe de luz primário perpendicularmente ao dito plano predeterminado; uma terceira posição benéfica corresponde a uma rotação do plano de polarização do feixe de luz primário em 45 graus para o dito plano predeterminado. Os recursos óticos de rotação da polariza- ção podem compreender recursos tornando possível comutar periodicamen- te da primeira posição para a segunda posição.

Vantajosamente, o caminho ótico de referência compreende um elemento capaz de girar o plano de polarização da luz por 90 graus, o cami- nho ótico de "emissão" compreende um amplificador ótico, e o caminho ótico de medição compreende um dispositivo de mistura ótica para misturar o pri- meiro feixe secundário emanando do caminho ótico de referência e os pri- meiro e segundo feixes retroespalhados. A invenção também diz respeito a um dispositivo ótico para me-

dições anemométricas compreendendo pelo menos duas sondas anemomé- tricas tal como descrito anteriormente. Este dispositivo também pode com- preender uma única fonte de laser, dois blocos óticos idênticos e um único caminho ótico de medição, a dita fonte emitindo um feixe de luz primário po- Iarizado linearmente, o dispositivo ótico para medições anemométricas com- preendendo um divisor ótico para separar o dito feixe primário em dois sub- feixes primários, o primeiro subfeixe primário suprindo o primeiro bloco ótico, o segundo subfeixe primário suprindo o segundo bloco ótico, cada bloco óti- co compreendendo recursos de divisão para separar um dos dois subfeixes primários em dois feixes secundários, um caminho ótico de referência, um caminho ótico de "emissão" e um caminho ótico de medição, o primeiro feixe secundário passando pelo caminho ótico de referência, o segundo feixe se- cundário passando pelo caminho ótico de "emissão", o caminho ótico de e- missão compreendendo pelo menos um circulador ótico e uma primeira ca- beça ótica de "emissão/recepção" iluminando uma primeira zona de medi- ção,

- cada bloco ótico compreendendo recursos óticos de rotação da

polarização arranjados na entrada do subfeixe primário e antes dos recursos de divisão, os ditos recursos óticos de rotação da polarização tornando pos- sível girar o plano de polarização do feixe de luz primário por um ângulo co- nhecido, o bloco ótico também compreendendo uma segunda cabeça ótica de emissão/recepção iluminando uma segunda zona de medição;

- o circulador ótico compreendendo quatro portas, uma primeira porta de entrada através da qual o segundo feixe secundário entra, uma se- gunda e uma terceira porta de entrada/saída ligadas respectivamente à pri- meira cabeça ótica e à segunda cabeça ótica e uma quarta porta ligada ao

caminho ótico de medição, o circulador sendo imaginado de uma tal maneira que,

■ quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano perpendicular ao dito plano predeterminado, ele é conduzido

na direção da terceira porta,

- o primeiro feixe retroespalhado pela primeira zona de medição, recebido pela primeira cabeça ótica e polarizado perpendicularmente ao pla- no predeterminado, entrando na segunda porta é conduzido na direção da

quarta porta,

■ o segundo feixe retroespalhado pela segunda zona de medi- ção, recebido pela segunda cabeça ótica e polarizado no plano predetermi- nado, entrando na terceira porta é conduzido na direção da quarta porta.

A invenção será mais bem entendida e outras vantagens se tor- narão aparentes na leitura da descrição não Iimitativa que se segue e por causa das figuras anexas, em que:

A figura 1 já comentada representa o diagrama de um sistema para medições anemobarométricas compreendendo ao mesmo tempo sen- sores de medição de campo próximo e "LiDARs";

A figura 2 também descrita representa uma arquitetura ótica convencional usada para produzir LiDARs;

A figura 3 representa a arquitetura ótica de um LiDAR "com duas cabeças óticas" de acordo com a invenção;

A figura 4 representa a arquitetura ótica de um LiDAR "com qua- tro cabeças óticas" de acordo com a invenção.

A título de exemplo, a figura 3 representa uma primeira arquite- tura ótica de um LiDAR "com duas cabeças óticas" de acordo com a inven- ção. Ela compreende essencialmente uma fonte de laser 201 emitindo um feixe de luz primário polarizado linearmente, um bloco ótico 220 e um cami- nho ótico de medição 230 que são detalhados a seguir.

A fonte de laser 201 fornece uma onda de referência primária polarizada linearmente. Na figura 3, a direção de polarização desta onda é no plano da folha.

O bloco ótico 220 compreende:

- Os recursos óticos 210 de rotação da polarização arranjados na saída da fonte de laser, estes recursos óticos de rotação da polarização tornando possível girar o plano de polarização do feixe de luz primário por um ângulo conhecido;

- Um dispositivo divisor 202 separando a onda de referência po- larizada fornecida por esta fonte 201 em dois feixes secundários, o primeiro feixe secundário passando por um caminho ótico de referência, o segundo feixe secundário passando por um caminho ótico de emissão ou caminho de energia Ρ. O segundo fluxo luminoso deste caminho entra em seguida em um amplificador ou "intensificador" 203;

- As duas cabeças óticas de "emissão/recepção" 205 iluminando respectivamente uma primeira zona de medição e uma segunda zona de medição. Estas cabeças óticas têm uma arquitetura semelhante a essas de telescópios, ou seja, elas são imaginadas a fim de focalizar os feixes de e- missão em extensão muito longa; - Estas duas cabeças óticas 205 são ligadas a um circulador óti- co 204. Este circulador ótico compreende quatro portas, uma primeira porta de entrada através da qual o segundo feixe secundário entra, uma segunda e uma terceira porta de entrada/saída ligadas respectivamente à primeira

cabeça ótica e à segunda cabeça ótica e uma quarta porta ligada ao cami- nho ótico de medição, o circulador sendo imaginado de uma tal maneira que,

- quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano predeterminado, ele é conduzido na direção da segunda porta,

- quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente

em um plano perpendicular ao dito plano predeterminado, ele é conduzido

na direção da terceira porta,

quarta porta,

- o segundo feixe retroespalhado pela segunda zona de medi- ção, recebido pela segunda cabeça ótica e polarizado no plano predetermi- nado, entrando na terceira porta é conduzido na direção da quarta porta. Este elemento 204 é um dispositivo de divisão de polarização bidirecional.

- Na saída do circulador 204, o fluxo do caminho de energia, por-

tanto, entra, como uma função de sua polarização, em uma e/ou na outra das duas cabeças óticas 205. Cada cabeça ótica assegura assim uma dupla função. Por um lado, ela projeta o fluxo ótico na atmosfera na distância de medição desejada. Além disso, ela coleta o fluxo retroespalhado pelo volume

de medição e fornece como saída um feixe de recepção que, por meio do circulador 204, é transmitido na direção do caminho de medição exibindo uma polarização perpendicular àquela do feixe que chega pelo caminho de energia. Esta rotação de polarização pode ser executada ao empregar uma placa de quarto de onda;

- Um dispositivo de mistura 206 do tipo interferométrico que po-

de ser, a título de exemplo, um acoplador de manutenção de polarização, que permite a recombinação coerente do fluxo emanando do caminho de referência e do fluxo de recepção ou fluxos chegando do circulador 204;

- Os dois feixes emanando do dispositivo 206 são direcionados para os dois diodos de um detector balanceado 207, tornando possível con- tornar o ruído relativo da fonte, também chamado de "RIN" para "Ruído de Intensidade Relativa". A onda de referência é orientada pelo elemento ótico 108 de acordo com a mesma polarização que os sinais retroespalhados. Es- te elemento 208 pode ser uma placa de meia onda. No caso onde a propa- gação dos feixes é assegurada por meio de fibras óticas, esta função pode ser obtida ao efetuando uma união transversal (eixo lento/eixo rápido) em duas fibras de manutenção de polarização.

Os recursos óticos de rotação da polarização 210 tornam possí- vel escolher uma polarização elétrica totalmente transversal TE ou uma pola- rização magnética totalmente transversal TM, ou então uma polarização em parte elétrica transversal TE e em parte magnética transversal TM. No pri- meiro caso, o fluxo secundário é emitido unicamente na primeira cabeça óti- ca, no segundo caso o fluxo secundário é emitido unicamente na segunda cabeça ótica, e finalmente no terceiro caso o fluxo é emitido em parte na primeira cabeça ótica e em parte na segunda cabeça ótica. Nos dois primei- ros casos detecção é assegurada no modo já descrito. No terceiro caso o detector recebe uma soma de dois sinais. Estes dois sinais que correspon- dem a duas "Linhas Doppler" são vistos pelos recursos de medição ao mesmo tempo. Estes dois sinais são de freqüências diferentes e, conse- quentemente, são fáceis de detectar. Por outro lado, é essencial determinar de qual cabeça ótica eles emanam. A determinação da cabeça ótica pode ser concluída por "rastreamento", o sinal não sendo capaz de mudar de fre- qüência repentinamente, ou então durante uma seqüência de resolução de dúvida, obtida ao eliminar momentaneamente uma polarização, portanto, um sinal.

Tal como foi relatado, um dos usos favorecidos deste tipo de sonda é a medição dos parâmetros aerodinâmicos em avião. A posição do vetor de velocidade do avião no ar ambiente varia em uma amplitude angular significativa. Consequentemente, o sistema para processar o sinal, não re- presentado na figura 3, emanando dos recursos de detecção pode compre- ender recursos tornando possível selecionar uma ou outra das cabeças óti- cas de saída como uma função da posição angular das cabeças óticas com relação ao vetor de velocidade a ser medido, a fim de otimizar a medição.

Assim é possível otimizar a diluição geométrica ao preservar toda a energia e, portanto, a sensibilidade total no eixo de medição escolhido. Em baixa altitude do avião, a sensibilidade não é mais realmente um problema na me- dida em que a atmosfera compreende um grande número de partículas utili- záveis. Por outro lado, é necessário ter integridade muito alta das medições uma vez que o avião está em uma fase crítica de decolagem ou de aterriza- gem. Neste caso, é possível posicionar os recursos óticos de rotação da po- larização em um valor intermediário que resulta em emissão em ambos os caminhos. Em uma variante, se o amplificador ótico ou "intensificador" não permitir amplificação simultânea em ambas as polarizações, é possível exe- cutar uma comutação entre os dois caminhos de emissão em uma taxa de algumas dezenas de Hz.

Se os quatro eixos básicos de medição estiverem equipados com este tipo de sonda, o processamento de sinal tem então oito eixos de medição, correspondendo a cerca de quatro ordens de redundância. Quando um sistema de medição completo compreende diversas

sondas, pode ser benéfico para pelo menos dois dos blocos óticos serem servidos por uma única fonte de laser. Assim, uma única fonte pode lidar simultaneamente com duas ou quatro diferentes cabeças óticas de emis- são/recepção. Em uma variante levemente mais complexa ilustrada na figura 4, uma fonte de laser 301 pode lidar por meio de um divisor 302 com dois blocos óticos 303, cada um compreendendo duas cabeças óticas 304, estes dois blocos sendo ligados a um único caminho de medição 305. Neste caso, a arquitetura do dispositivo compreende quatro eixos de medição com so- mente:

-1 fonte de laser injetora 301,

-1 único caminho para detecção e processamento de sinal 305, - 2 caminhos para amplificar e dividir os feixes emanando da fon- te de laser,

- 4 cabeças óticas de emissão/recepção 304.

A sonda de acordo com a invenção é aplicável a uma arquitetura pulsada para dirigir um eixo de medição anemométrica na direção de uma função auxiliar, com um baixo fator de ocupação. Esta função auxiliar pode ser usada, por exemplo, para executar medições por efeito "Doppler" ou me- dições de altitude com relação à terra. Este tipo de função auxiliar é de fato apropriado para aplicações a bordo de helicópteros que de uma maneira geral voam em baixa altitude e que necessitam funções deste tipo. Os dispositivos compreendendo sondas de acordo com a inven-

ção têm custos muito similares a esses compreendendo sondas incluindo exatamente uma única cabeça ótica. De fato, o custo da ótica de saída é sem grande importância quando comparado com aquele do restante da ar- quitetura na medida em que a cabeça ótica compreende somente algumas lentes de pequeno tamanho. Somente os recursos óticos de rotação de con- trole representam um maior custo. Entretanto, no valor de um aumento sem grande importância em custo, a implementação desta invenção torna possí- vel aumentar de forma muito apreciável a precisão angular e a integridade em baixa altitude de um LiDAR para anemometria para avião (assegurando assim as funções de medição de velocidade "TAS" e as funções de medida de inclinação de terrenos "AOA" e "SSA") ou para helicópteros (assegurando assim as funções para medir a velocidade "TAS" e suas componentes lateral e vertical Vy e Vz).

Claims

1. Sonda anemométrica ótica compreendendo pelo menos uma fonte de laser (201) emitindo um feixe de luz primário polarizado linearmen- te, um bloco ótico (220) e um caminho ótico de medição (230), o bloco ótico compreendendo recursos de divisão (202) para separar o dito feixe primário em dois feixes secundários, um caminho ótico de referência (R) e um cami- nho ótico de "emissão" (Ρ), o primeiro feixe secundário passando pelo cami- nho ótico de referência, o segundo feixe secundário passando pelo caminho ótico de "emissão", o caminho ótico de emissão compreendendo pelo menos um circulador ótico (204) e uma primeira cabeça ótica de "emis- são/recepção" (205) iluminando uma primeira zona de medição, caracterizada pelo fato de que - o bloco ótico (220) compreende recursos óticos de rotação da polarização (210) arranjados na saída da fonte de laser (201) e antes dos recursos de divisão (202), os ditos recursos óticos de rotação da polarização tornando possível girar o plano de polarização do feixe de luz primário por um ângulo conhecido, o bloco ótico também compreende uma segunda ca- beça ótica de emissão/recepção (205) iluminando uma segunda zona de medição; - o circulador ótico (204) compreende quatro portas, uma primei- ra porta de entrada através da qual o segundo feixe secundário entra, uma segunda e uma terceira porta de entrada/saída ligadas respectivamente à primeira cabeça ótica (205) e à segunda cabeça ótica (205) e uma quarta porta ligada ao caminho ótico de medição, o circulador sendo imaginado de uma tal maneira que, quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano predeterminado, ele é conduzido na direção da segunda porta, - quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano perpendicular ao dito plano predeterminado, ele é conduzido na direção da terceira porta, o primeiro feixe retroespalhado pela primeira zona de medição, recebido pela primeira cabeça ótica e polarizado perpendicularmente ao pia- no predeterminado, entrando na segunda porta é conduzido na direção da quarta porta, - o segundo feixe retroespalhado pela segunda zona de medi- ção, recebido pela segunda cabeça ótica e polarizado no plano predetermi- nado, entrando na terceira porta é conduzido na direção da quarta porta.

2. Sonda anemométrica ótica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o circulador ótico (204) compreende um divi- sor de polarização bidirecional associado com uma placa de quarto de onda.

3. Sonda anemométrica ótica de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que os recursos óticos de rotação da polarização têm pelo menos três posições de controle favorecidas, a primeira posição correspondendo a uma rotação do plano de polarização do feixe de luz pri- mário no plano predeterminado, a segunda correspondendo a uma rotação do plano de polarização do feixe de luz primário perpendicularmente ao dito plano predeterminado, a terceira correspondendo a uma rotação do plano de polarização do feixe de luz primário em 45 graus para o dito plano predeter- minado.

4. Sonda anemométrica ótica de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que os recursos óticos de rotação da polarização compreendem recursos tornando possível comutar periodicamente da pri- meira posição para a segunda posição.

5. Sonda anemométrica ótica de acordo com uma das reivindi- cações anteriores, caracterizada pelo fato de que o caminho ótico de refe- rência compreende um elemento (208) capaz de girar o plano de polarização da luz por 90 graus.

6. Sonda anemométrica ótica de acordo com uma das reivindi- cações anteriores, caracterizada pelo fato de que o caminho ótico de "emis- são" compreende um amplificador ótico (203).

7. Sonda anemométrica ótica de acordo com uma das reivindi- cações anteriores, caracterizada pelo fato de que o caminho ótico de medi- ção compreende um dispositivo de mistura ótica (206) para misturar o pri- meiro feixe secundário emanando do caminho ótico de referência e os pri- meiro e segundo feixes retroespalhados.

8. Dispositivo ótico para medições anemométricas, caracterizado pelo fato de que compreende pelo menos duas sondas anemométricascomo definidas em uma das reivindicações 1 a 7.

9. Dispositivo ótico para medições anemométricas compreen- dendo uma única fonte de laser (301), dois blocos óticos idênticos (303) e um único caminho ótico de medição (305), a dita fonte emitindo um feixe de luz primário polarizado linearmente, o dispositivo ótico para medições ane- mométricas compreendendo um divisor ótico (302) para separar o dito feixe primário em dois subfeixes primários, o primeiro subfeixe primário suprindo o primeiro bloco ótico, o segundo subfeixe primário suprindo o segundo bloco ótico, cada bloco ótico compreendendo recursos de divisão para separar um dos dois subfeixes primários em dois feixes secundários, um caminho ótico de referência, um caminho ótico de "emissão" e um caminho ótico de medi- ção, o primeiro feixe secundário passando pelo caminho ótico de referência, o segundo feixe secundário passando pelo caminho ótico de "emissão", o caminho ótico de emissão compreendendo pelo menos um circulador ótico e uma primeira cabeça ótica de "emissão/recepção" (304) iluminando uma primeira zona de medição, caracterizado pelo fato de que - cada bloco ótico compreende recursos óticos de rotação da po- larização arranjados na entrada do subfeixe primário e antes dos recursos de divisão, os ditos recursos óticos de rotação da polarização tornando pos- sível girar o plano de polarização do feixe de luz primário por um ângulo co- nhecido, o bloco ótico também compreende uma segunda cabeça ótica de emissão/recepção (304) iluminando uma segunda zona de medição; - o circulador ótico compreende quatro portas, uma primeira por- ta de entrada através da qual o segundo feixe secundário entra, uma segun- da e uma terceira porta de entrada/saída ligadas respectivamente à primeira cabeça ótica e à segunda cabeça ótica e uma quarta porta ligada ao cami- nho ótico de medição, o circulador sendo imaginado de uma tal maneira que, quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano predeterminado, ele é conduzido na direção da segunda porta, quando o segundo feixe secundário é polarizado linearmente em um plano perpendicular ao dito plano predeterminado, ele é conduzido na direção da terceira porta, o primeiro feixe retroespalhado pela primeira zona de medição, recebido pela primeira cabeça ótica e polarizado perpendicularmente ao pla- no predeterminado, entrando na segunda porta é conduzido na direção da quarta porta, • o segundo feixe retroespalhado pela segunda zona de medi- ção, recebido pela segunda cabeça ótica e polarizado no plano predetermi- nado, entrando na terceira porta é conduzido na direção da quarta porta.