FR2530032A1 - Analyseur de frequence - Google Patents

Abstract

ANALYSEUR DE FREQUENCE PERMETTANT DE MESURER LA VITESSE D'ECOULEMENT D'UN FLUIDE A PARTIR DE LA MESURE EN TEMPS REEL DE LA FREQUENCE DE LA LUMIERE REFLECHIE DANS CE FLUIDE. CET ANALYSEUR COMPREND: PLUSIEURS ELEMENTS DE FILTRAGE 126 CHACUN AYANT UNE CARACTERISTIQUE DE REPONSE EN FREQUENCE DIFFERENTE ET CONNUE, ET PRODUISANT UN SIGNAL PRELIMINAIRE EN REPONSE AU SIGNAL D'ENTREE; PLUSIEURS DETECTEURS DE SIGNAL MAXIMUM, CHAQUE DETECTEUR ETANT COUPLE A UN GROUPE SELECTIONNE D'ELEMENTS DE FILTRAGE 126 POUR PRODUIRE UN SIGNAL D'AMPLITUDE INDICATIF DU SIGNAL PRELIMINAIRE LE PLUS GRAND PRODUIT PAR LE GROUPE, ET POUR PRODUIRE UN SIGNAL D'IDENTITE DESTINE A IDENTIFIER DANS CHAQUE GROUPE L'ELEMENT DE FILTRAGE 126 PRODUISANT LE SIGNAL PRELIMINAIRE LE PLUS GRAND. APPLICATION AUX MOTEURS A TURBINE A GAZ.

Description

L'invention concerne, d'une manière générale, des analyseurs destinés à

mesurer en temps réel la fréquence d'un rayonnement électromagnétique et, plus particulièrement, des analyseurs destinés à mesurer la vitesse d'un écoulement de fluide en projetant de la lumière dans le fluide et en mesurant la fréquence de la lumière réfléchie, avec emploi de-filtres

dont les bandes-passantes se chevauchent.

Il est courant de mesurer la fréquence d'un rayonnement électromagnétique en comptant le nombre de cycles de rayonnement se produisant durant un intervalle-de temps connu A dire vrai, un tel comptage de fréquences n'est pas une mesure en temps réel parce qu'il donne une fréquence moyenne prise sur l'intervalle de temps utilisé Si la fréquence était plus grande au début de l'intervalle et plus faible vers la fin de l'intervalle, cette façon de faire ne-fournirait

aucune indication à ce sujet.

Ce fait limite l'utilisation de cette méthode Par exemple, dans une application o la mesure de la fréquence sert à indiquer la vitesse des gaz dans un réacteur, un rayonnement tel que la lumière, peut être projeté sur des particules réfléchissantestelles que la poussière ou la suie, présentes dans l'écoulement gazeux Le rayonnement est réfléchi par les particules, et une variation de fréquence du rayonnement réfléchi, due à l'effet Doppler, fournit une indication sur la vitesse à laquelle les particules se déplacent et donc sur la vitesse du gaz en mouvement Il peut toutefois arrivex que le gaz se déplace si vite que les particules ne restent que très peu de temps dans la région o la vitesse doit être mesurée avant d'être balayées Elles ne peuvent donc-réfléchir que pendant un temps tout aussi court, si bien que le rayonnement réfléchi se manifeste sous forme de rafales de durée extrêmement courte Ces rafales de fréquences ne durent pas assez longtemps pour que les compteurs

de fréquence puissent fonctionner convenablement.

Une variante possible à l'utilisation de compteurs de fréquence consiste à estimer la fréquence au moyen d'une batterie de filtres passe-bas couvrant une plage considérée,

chaque filtre occupant une sous-bande connue de la plage.

Par exemple, un premier filtre peut avoir une bande passante allant de 0 à 10 Hertz, un second filtre avoir une bande allant de 10 à 20 Hertz, et ainsi de suite jusqu'à un dixième filtre dont la bande va de 90 à 100 Hertz De cette façon, une plage comprise entre O et 100 Hertz serait couverte et, par exemple, un signal délivré par lesecond filtre signalerait que la fréquence d'un signal d'entrée se situe quelque part entre 10 et 20 Hertz Mais cette méthode présente l'inconvénient de fournir uniquement une plage de fréquences et non une fréquence exacte du signal d'entrée De plus, la précision du dispositif est déterminée par le nombre de filtres ainsi que-par la bande passante de chacun d'eux Pour avoir une précision élevée, il faut obligatoirement un grand nombre de filtres possédant chacun une bande passante étroite En outre, pour couvrir une large plage, le nombre de filtres supplémentaires est

proportionnellement plus élevé.

La présente invention a pour objectifs de réaliser un nouvel analyseur de fréquence amélioré

qui fonctionne sensiblement en temps réel.

réaliser un nouvel analyseur de fréquence amélioré qui fonctionne sensiblement en temps réel et soit capable d'analyser des rafales de rayonnement de durée extrêmement courte.

réaliser un nouvel analyseur de fréquence amélioré -

qui fonctionne sensiblement en temps réel et soit très précis,

tout en n'exigeant qu'un nombre réduit de filtres passe-bande.

réaliser un système nouveau et amélioré qui utilise un analyseur de fréquence fonctionnant sensiblement en temps

réel pour mesurer des vitesses d'écoulement des fluides.

réaliser un système nouveau et amélioré qui utilise un analyseur de fréquence fonctionnant sensiblement en temps réel pour mesurer un écoulement de fluide sans le perturber,

au moyen d'une technique mettant en oeuvre l'effet Doppler.

La description qui va suivre se réfère aux figures

annexées, qui représentent respectivement Fig l A,=l B et 1 C, une rafale d'ondes progressant

dans l'espace.

Fig 2, une partie de la rafale de la figure 1, réfléchie par un objet stationnaire, Fig 3, une partie de la rafale de la figure 1,

réfléchie par un objet mobile.

Fig '4, un schéma de la présente invention fonction-

nant conjointement avec un réacteur.

Fig 5, une vue en coupe de la-sonde optique de la

présente invention.

Fig 6, un tracé de la fonction de transfert d'un

filtre électrique.

Fig 7 A, un tracé des fonctions de transfert de quatre filtres électriques dont les bandes passantes sont

voisines.

Fig 7 B, un réarrangement de certaines des données de la figure 7 A. Fig 8, trois cellules de filtrage de la présente invention. Fig 9, le raccordement de 12 cellules de filtrage

à 4 paires de bus de signaux.

Fig 10, la sortie redressée d'un élément de filtrage. Fig 11, la sortie redressée de la figure 10,

soumise à un traitement ultérieui pour supprimer l'ondulation.

L'invention utilise au moins deux groupes de filtres, chaque groupe étant constitué de un ou plusieurs filtres Un signal d'entrée dont il faut mesurer la fréquence est appliqué simultanément à tous les groupes de filtres Chaque filtre de chaque groupe fournit un signal préliminaire dont l'amplitude est déterminée par les caractéristiques de réponse en fréquence du filtre considéré Dans chaque groupe, on identifie le filtre qui délivre le signal le plus grand On utilise l'information sur les caractéristiques de réponse en fréquence de ces filtres identifiés (par exemple, les fréquences centrales ou une

description mathématique de chaque caractéristique de réponse),

conjointement avec l'amplitude du signal de sortie correspondant

à chacun, pour-calculer la fréquence du signal d'entrée.

Dans une réalisation recommandée de l'invention, de la lumière monochromatique, telle que celle d'un laser, est projetée sur les particules en mouvement, telles que la poussière ou la suie, présentes dans un fluide en mouvement, tel qu'un flux de gaz dans un réacteur La lumière réfléchie par les particules en mouvement a-sa fréquence décalée par l'effet Doppler, et la fréquence du signal décalé est mesurée par le dispositif décrit plus haut, afin de fournir une mesure de la vitesse du flux de

fluide en mouvement.

Le rayonnement réfléchi par un objet mobile change de fréquence suivant l'effet Doppler Comme expliqué dans un paragraphe ultérieur intitulé "Considérations générales", on

peut utiliser cet effet pour déterminerla vitesse de l'objet.

Il s'agit par exemple (figure 4) de mesurer la vitesse d'un flux mobile d'un fluide tel qu'un gaz situé en une position 12 à l'intérieur d'une région 14 indiquée par la ligne pointillée 15 La région 14 se trouve dans un réacteur, représenté schématiquement par 18 Une sonde optique 21 contient des composants optiques qui projettent un faisceau de lumière sensiblement monochromatique 22 vers la position 12 o le faisceau lumineux 22 doit se réfléchir et revenir sous forme

d'un faisceau 24.

Le réacteur 18 et la sonde 21 peuvent se déplacer l'un par rapport à l'autre grâce à un mécanisme (non représenté) pour

exposer différentes positions particulières de la région 14 à.

l'éclairement du faisceau lumineux 22 La trajectoire suivie de manière générale par le faisceau lumineux 22 porte le nom d'axe optique L'emplacement particulier de la position 12 par rapport à un système de référence est détecté par des transducteurs 26, 28, 30 qui produisent des signaux transmis par des conducteurs 32, 34 et 36 à un circuit de traitement de signal, représenté schématiquement en 39 Le faisceau réfléchi 24 est reçu par la sonde 21, qui produit un signal de vitesse indicatif de la fréquence de la lumière dans le faisceau réfléchi 24 et donc de la vitesse du flux gazeux Le signal de vitesse est transmis au

circuit 39 de traitement de signal par le conducteur 41.

Bien qu'un flux gazeux contenu dans un réacteur 18 soit normalement transparent et ne réfléchisse pas la lumière, il se trouve généralement dans ce flux des particules de matière étrangère, telle que la poussière ou la suie, qui réfléchissent le faisceau lumineux 22 Si cette matière réfléchissante était absente du flux gazeux, on pourrait procéder à des substitutions convenables C'est ainsi, par exemple, que l'on peut introduire artificiellement de la suie en jouant sur le réglage des processus de combustion dans le moteur ou introduire de la

poussière à partir d'une source extérieure non représentée.

La figure 5 représente schématiquement les composants optiques contenus dans la sonde optique 21 Une source de lumière monochromatique, telle qu'un laser 45, projette un

faisceau lumineux 47 qui tombe sur un diviseur 49 de faisceau.

Une partie 50 du faisceau lumineux 47 rencontre un dispositif réfléchissant tel qu'un miroir 52 qui la renvoie sur un dispositif focalisateur tel qu'une lentille 55 Cette dernière élargit le faisceau lumineux en lui donnant la forme divergente 57, qu'un dispositif réfléchissant tel qu'un miroir 59 renvoie sur une lentille 62 Le rôle de la lentille 62 est de collimater le faisceau divergent 57, ce qui réduit la divergence de celui-ci et le transforme en un faisceau dans lequel les rayons lumineux sont sensiblement parallèles Le faisceau collimaté 62 A est focalisé en un faisceau convergent 65 par une lentille 63 Le faisceau 65 est réfléchi par un diviseur 67 de faisceau vers un détecteur 70. Le diviseur 49 de faisceau laisse le reste 71 du faisceau lumineux 47 qui n'est pas réfléchi sous forme de partie 50 du faisceau se déplacer vers un dispositif focalisateur tel qu'une lentille 72 dont le rôle est de transformer le faisceau lumineux 71 en un faisceau divergent 75 Un dispositif réfléchissant tel qu'un miroir 77 renvoie le faisceau divergent vers un dispositif réfléchissant tel qu'un miroir 79 Ce dernier projette le faisceau divergent 75 dans le même sens général que la partie 71-du faisceau lumineux, mais en le décalant dans le sens vertical sur la figure Le faisceau divergent 75 est transformé par un dispositif focalisateur tel que des lentilles 81 et 82 en un faisceau convergent 83 qui se rétrécit dans la région 84 en une partie sensiblement cylindrique

de très petit diamètre, appelée rétrécissement de faisceau.

C'est dans la région 84 de rétrécissement que se produit là réflexion sur les particules de poussière et de suie, et cette

région se trouve à la position 12 représentée sur la figure 1.

La lumière se réfléchit sur les particules de poussière et de suie dans la région 84 de rétrécissement suivant des directions aléatoires, et une partie de cette lumière revient vers la sonde 21 De cette lumière qui revient, celle qui rencontre la lentille 82, c'est-à-dire la lumière qui forme un faisceau divergent indiqué par les lignes en trait interrompu 87 et 88, est focalisée par les lentilles 81 et 82 en un faisceau convergent 90 Le faisceau convergent 90 rencontre le diviseur 67 de faisceau, et une partie de ce faisceau, traversant le

diviseur 67 de faisceau, arrive par suite sur le détecteur 70.

On notera que les lentilles 81 et 82 ont un rôle symétrique: elles focalisent le faisceau divergent 75 pour le concentrer dans la région 84 de rétrécissement et focalisent la lumière 90 réfléchie provenant de la région 84 pour l'envoyer sur le diviseur 67 de faisceau On notera également que la vitesse mesurée des particules est en réalité la

composante de la vitesse dans le sens du faisceau lumineux 83.

Le détecteur 70 multiplie, ou rend hétérodyne le faisceau 65 (parfois appelé ici faisceau de référence) par le faisceau réfléchi-90 L'hétérodynage s'explique de la manière suivante: on peut traiter un rayon lumineux comme une onde sinusoïdale et donc le décrire mathématiquement par une expression telle que sinus At, o A est une constante de fréquence et t représente le temps Le processus d'hétérodynage

peut donc se décrire au moyen d'identités trigonométriques.

C'est un fait mathématique que l'expression (sinus At) (sinus Bt), qui veut dire produit du sinus de At par le sinus de Bt, est équivalent à sinus (At + Bt) + sinus (At Bt), ce qui veut dire le sinus de la somme de At et Bt plus le sinus de la différence entre At et Bt Ainsi, lamultiplication de deux ondes sinusoïdales est équivalente à l'addition de deux ondes sinusoïdales ayant des fréquences convenables Dans cet exemple, l'une des fréquences est A + B, l'autre fréquence est A B. Autrement dit, la multiplication des deux ondes sinusoïdales a pour effet deles transformer en une paire d'ondes dontla fréquence vient d'être indiquée Dans le cas des fréquences optiques, comme l'onde résultantereprésentée par le terme sinus (A + B) a une fréquence extrêmement élevée, on peut la négliger Une raison de le faire est que cette fréquence se situe au-delà de la plage couverte par le circuit analyseur de fréquence décrit plus loin On conserve donc l'autre terme, sinus (A-B), et sa fréquence contient l'information permettant

de déduire la vitesse des gaz.

Pour expliquerle fonctionnement du circuit analyseur de fréquence de la présente invention, on va donner

un exemple simplifié de certains de ses principes de travail.

La figure 6 représente la courbe caractéristique 99 de la réponse en fréquence, c'est-à-dire la fonction de transfert, d'un filtre électronique Cette fonction montre que, pour une fréquence d'entrée telle que 101, on obtient un signal de

sortie dont l'amplitude est un certain pourcentage de celle.

du signal d'entrée Dans le cas de la fréquence 101, l'amplitude de sortie obtenue est de 70 % De même, un signal d'entrée ayant une fréquence 103 produirait un signal de sortie dont

l'amplitude serait identique à la précédente.

A ce sujet, il faut noter trois choses: 1) Il n'y a pas de coupure nette en ce qui concerne les fréquence auxquelles le filtre répond Autrement dit, la fonction de transfert 99 s'étend théoriquement infiniment loin vers la droite, et en direction de zéro vers la gauche Ainsi, un signal d'entrée ayant une fréquence telle que 105 produit encore un signal de sortie, mais de faible amplitude 2) On définit habituellement la bande passante du filtre comme la bande de fréquences, telle que celle située entre 101 et 103, qui produit un signal de sortie dont l'amplitude dépasse une certaine valeur, par exemple 70 % 3) Le signal d'entrée est un signal de courant alternatif (C A) ainsi que le signal de sortie du filtre Dans ce cas, l'amplitude du signal se rapporte à une quantité reliée à la distance verticale entre les points 110 et 111 de la figure 1 C. Dans l'exemple simplifié dont l'explication se poursuit, on peut- utiliser plusieurs de ces filtres à bandes passantes voisines pour couvrir une plage de fréquences considérée, bien que la présente invention ne se limite pas à l'emploi de filtres passe-bande La manière dont se fait l'analyse de fréquence est expliquée par rapport à la figure 7 A Des filtres ayant une fonction de transfert prédéterminée ou connue 115 A 115 D produisent chacun un signal de sortie en réponse à un signal d'entrée Par exemple, un signal d'entrée de fréquence 117 se traduit par des signaux de sortie 119 A 119 D délivrés par les

différents filtres.

Les sorties de filtre de la figure 7 A font l'objet d'une représentation différente sur la figure 7 B Sur cette dernière, deux informations sont portées pour chaque filtre la fréquence centrale du filtre et l'amplitude relative du signal de sortie par rapport au signal d'entrée de chacun Une méthode d'estimation de la fréquence d'entrée consiste à faire une moyenne pondérée des fréquences de la figure 7 B, autrement dit, à utiliser une équation telle que la suivante, dans laquelle les symboles tels que f 1 se rapportent aux valeurs représentées sur la figure 7 B: l Af+ A 2 f 2 + A 3 f 3 + A f 4 Fréquence d'entrée (fen) =

A 1 + A 2 + A 3 + A

Une méthode d'estimation plus précise consiste à faire une interpolation graphique Cette méthode demande la reconstruction d'une figure identique à la figure 7 A en utilisant la fonction de transfert connue du filtre et en insérant dans la figure les paires de données (amplitude et fréquence centrale) (On notera que, si l'on emploie des filtres à fonctions de transfert symétriques, telle que la fonction 115 A, une seule amplitude, telle que A 1 i correspond à deux fréquences Fen et F 5 Ainsi, chaque paire de données identifie une fonction de transfert aussi bien que les deux fréquences possibles correspondant à l'amplitude dans la paire de données) La fréquence à laquelle les points donnant l'amplitude, tels que Ai, A 2, A 3 et A 4 de la figure 7 A, coïncident est prise comme

fréquence d'entrée, laquelle est Fen en ce cas.

Une autre méthode d'interpolation utilisable dans le cas o les fonctions de transfert 115 A à D ont une forme similaire consiste à faire glisser l'une des fonctions de transfert vers la droite et vers la gauche sur la figure 7 B jusqu'à ce qu'elle recouvre les points 119 A à D, comme le fait la fonction de transfert 115 E Quand cela se produit, la fréquence centrale de la fonction de transfert qu'on a fait

glisser est prise comme fréquence d'entrée.

33 Autre possibilité, cette méthode graphique peut se peut se faire en résolvant, à la main ou par calculatrice, les équations décrivant les fonctions de transfert et en portant dans la solution les paires de données ainsi obtenues

pour obtenir la fréquence d'entrée.

Quelle que soit la méthode employée pour obtenir la fréquence d'entrée (moyenne pondérée, interpolation graphique ou solution d'équation), l'établissement de la fréquence d'entrée est appelée ici analyse de régression Le circuit suivant a pour râle de fournir les paires de données utilisées

dans cet exemple simplifié.

Le circuit se compose de plusieurs cellules de filtrage semblables, dont trois sont représentées sur la figure 8 entourées des lignes 120 A à C en trait interrompu On décrira la structure de l'une de ces cellules de filtrage Un amplificateur de distribution 121 délivre un signal de fréquence radio (F R) à un conducteur de distribution, ou bus, 123, relié au moyen d'une capacité variable 128 A à l'entrée 124 A d'un élément de filtrage représenté par un bloc 126 A en trait interrompu L'élément de filtrage 126 A est représenté schématiquement comme constitué d'une bobine 130 A montée en série avec un condensateur variable 132 A On notera toutefois

qu'il est possible d'utiliser un grand nombre d'autres confi-

gurations de composants pour construire un élément de filtrage approprié Une sortie 134 A de l'élément de filtrage 126 A est -25 reliée à l'entrée d'une diode 136 A dont la sortie est reliée à l'entrée de non inversion (+ ) d'un amplificateur opérationnel (A.O) 138 A, ainsi qu'à la masse par l'intermédiaire d'un filtre d'ondulation tel qu'un condensateur 140 A La sortie de l'amplificateur 138 A est reliée à l'entrée d'un dispositif d'isolation tel qu'une diode 142 A, dont la sortie est reliée à un bus 144 de signal analogique maximum ainsi qu'à l'une des bornes d'une résistance 146 A L'autre borne de la résistance 146 A est reliée à l'entrée d'inversion (-) de l'amplificateur 138 A ainsi qu'à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 148 A La sortie de l'amplificateur 138 A est en outre reliée à il la sortie de non inversion (+) d'un comparateur 150 A, dont l'entrée d'inversion (-) est reliée à une tension de référence Bref La sortie 151 A du comparateur 150 A est reliée simultanément aux entrées des diodes de codage 152 AA à 152 AI, dont les sorties sont reliées à des conducteurs sélectionnés tels que 154 AA, 154 AD, 154 AH et 154 AI L'ensemble formé par ces conducteurs et les conducteurs 154 AB, 154 AC, 154 AE, 154 AF

et 154 AG forme un bus 154 d'identification de signal numérique.

On n'a décrit ici qu'une seule cellule de filtrage, 120 A Toutes les autres cellules de filtrage ont une structure similaire, la seule différence étant que l'élément de filtrage da chazune d'elles est accordé sur une fréquence de crête différente de façon que les fonctions de transfert des trois éléments de filtrage 126 A à Z se chevauchent comme le font trois des fonctions de transfert de la figure 7 A Les diodes de codage de chaque cellule de filtrage sont reliées à une combinaison particulière de conducteurs dans le bus 154 de signal numérique Cette liaison particulière permet à chaque cellule de filtrage de délivrer sur ce bus 154 un signal permettant de l'identifier En raison de la similitude de structure de toutes les cellules de filtrage, les composants de celles-ci, tels ceux des cellules de filtrage 120 B et 120 C de la figure 8, portent des désignations analogues à celles de la cellule 120 A (par exemple, la diode 136 B est analogue à la

diode 136 A) La description faite ci-dessus de la cellule 120 A

s'applique aussi bien aux cellules 120 B et 120 C, et un composant donné, tel quela diode 136 B, peut recevoir dans ce brevet le nom de générique de diode 136, qui couvre toutes les diodes 136 A, 136 B, 136 C, etc. Le bus 144 de signal analogique maximum et le bus 154 de signal numérique forment une des paires d'un ensemble de plusieurs paires de tels bus, dont quatre paires ( 144 A et 154 A, 144 B et 154 B, 144 C et 154 C, 144 D et 154 D) sont représentées sur la figure 9 Les bus de signal analogique maximum portent la désignation 144 A à D, et les bus de signal numérique (représentés sur la figure 9 sous forme de conducteurs simples contrairement à la représentation à conducteurs multiples de la figure 8) portent la désignation 154 A à D. Les cellules 120 A à C de la figure 8 sont représentéessous forme de rectangles 120 A à C branchés entre le bus 123 de distribution FR et la paire de bus 144 A et 154 A Des cellules analogues, 160 A à C, sont branchées entre le bus 123 de distribution FR et la paire de bus 144 B et 154 B; les cellules A à C sont branchées entre le bus 123 de distribution FR et la paire de bus 144 C et 154 C, et les cellules 180 A à C sont branchées entre le bus 123 de distribution FR et la paire de bus 144 D et 154 D Dans cet exemple, on a représenté trois cellules de filtrage reliées à chaque paire de bus Mais le nombre effectif à utiliser dans l'invention est déterminé par la plage souhaitée de mesure de fréquence Il relève donc du

choix de l'utilisateur.

On va décrire maintenant le fonctionnement de l'une des cellules de filtrage, reliée à la paire de bus 144 A et 154 A de signal de sortie Le signal FR, produit par l'opération d'hétérodynage, qui a lieu dans le détecteur 70 de la figure 5 est appliqué à l'entrée 124 A de l'élément de filtrage 126 A par l'intermédiaire du condensateur 128 A de là figure 8 Un signal préliminaire apparaît à la sortie 134 A de l'élément de filtrage 126 A, l'amplitude de ce signal dépendant de la fonction de transfert particulière de l'élément de filtrage 126 A Ce signal préliminaire est appliqué à l'entrée de la diode 136 A et redressé par celle-ci pour produire un signal 175 ressemblant à celui de la figure 10 L'ondulation du signal redressé est lissée par le condensateur 140 A pour fournir un signal 176 qui, généralement parlant, ressemble à celui de la figure 11 Par rapport au signal d'entrée 175 arrivant au condensateur 140 A, ce signal a une-composante alternative 178 plus petite et une composante minimale 190 plus grande Ainsi, un signal qu'on peut considérer comme un signal continu et dont l'amplitude a une relation avec celle du signal préliminaire se trouve appliqué à l'entrée de non inversion de l'amplificateur opérationnel 138 A. L'interconnexion particulière de l'amplificateur 138 A avec les amplificateurs 138 B et 138 C a pour conséquence l'identification de celui qui reçoit le signal préliminaire 176 le plus grand De plus, l'amplificateur identifié délivre un signal qui est appliqué au bus 144 de signal analogique et est indicatif de l'amplitude de ce plus grand signal Un

exemple va l'expliquer.

Supposons que les tensions d'entrée appliquées aux diodes 142 A à C soient respectivement 1, 2 et 3 volts La tension du bus 144 de signal analogique est alors portée à 3 volts moins la tension aux bornes de la diode 142 C, cette dernière étant de l'ordre de i volt Ainsi, le bus 144 de signal analogique se trouve à environ 2,5 volts Comme la diode 142 C conduit l'amplificateur 138 C a une boucle de réaction fermée par les résistances 146 C et 148 C et, suivant la valeur de ces résistances, cette boucle peut agir ou non par l'amplificateur 138 C pour augmenter la tension à l'entrée de la diode 142 C Mais, en ce qui concerne les diodes 142 A et 142 B, la tension sur le bus 144 de signal analogique est plus positive que leurs tensions d'entrée, Elles sont donc polarisées en inverse ou faiblement polarisées en sens direct, et peuvent être considérées comme des circuits ouverts Il en résulte que les boucles de réaction de chacun des amplificateurs 138 A et 138 B sont interrompues Ceci réduit l'amplification de chacun et abaisse les tensions, supposées au départ égales à 1 et 2 volts, qui sont appliquées respectivement aux diodes 142 A et 142 B. Autrement dit, le signal surle bus 144 de signal analogique est réinjecté aux entrées d'inversion (-) des amplificateurs 138 A et 138 B, et ces amplificateurs opérationnels interprètent ce

signal comme s'il était en réalité leur propre signal de sortie.

En réponse, les amplificateurs 138 A et 138 B tendent à diminuer leur signal de sortie car ils interprètent celui-ci comme trop

grand, si bien que les diodes 142 A et 142 B deviennent effecti-

vement des circuits ouverts, comme indiqué plus haut Il en résulte que seul le signal délivré par l'amplificateur 138 C est transmis au bus 144 de signal analogique Ainsi, quand l'équilibre est atteint, un signal indicatif de l'amplitude de la tension de sortie préliminaire la plus grande, délivrée par les cellules de filtrages 120 A à C, est appliqué au bus

144 de signal analogique.

En plus de cette application au bus 144 de signal analogique, la sortie de l'amplificateur 138 C est reliée à l'entrée de non inversion du comparateur 150 C La fermeture de la boucle de réaction de l'amplificateur 138 C décrite plus haut porte la tension de la sortie de l'amplificateur 138 C à un-niveau suffisant pour délencher ce comparateur La non-fermeture des boucles de réaction des amplificateurs 138 A et 138 B a pour conséquence le non-déclenchement des comparateurs A et 150 B Le déclenchement du comparateur 150 C porte

l'entrée des diodes 152 CA à 152 CI à un état de tension relati-

vement élevée, ce qui met les conducteurs auxquels elles sont fixées (dans le cas présent 154 AA, 154 AB, 154 AH et 154 AI) à un état de tension relativement élevée, c'est-à-dire à un état 1 en termes de logique binaire Ainsi,comme ces diodes 152 CA à CI sont reliées à une combinaison particulière de conducteurs dans le bus 154 de signal numérique, un signal numérique identifiant sans ambiguité celle des cellules 120 A à 120 C qui

a le signal préliminaire le plus grand est appliqué à ce bus.

Dans le présent exemple, en lisant de la gauche vers la droite (duconducteur 154 AA au conducteur 154 AI), le signal appliqué

est 110000011 On obtient ainsi une paire de données: l'ampli-

tude du signal de sortie de l'élément de filtrage, sous la forme du signal sur le bus 144 de signal analogique, et la fréquence centrale de l'élément de filtrage, sous la forme

d'un nombre identifiant le filtre lui-même.

Sur la figure 9, quatre groupes composé chacun de 3 cellules de filtrage sont reliés à quatre paires de bus de signal de sortie Dans chaque groupe, la cellule ayant le le signal de sortie préliminaire le plus grand est identifiée par le signal numérique produit sur les bus 154 A à D de signal numérique L'amplitude de chaque signal préliminaire qui est le plus grand est indiquée par un signal appliqué aux bus 144 A à 144 D de tension analogique Il y a donc production de quatre paires de signaux Des cellules voisines, telles que A, 160 A, 170 A et 180 A de la figure 9, ont de préférence des éléments de filtrage 126 ayant des fonctions de transfert voisines, telles que celles de la figure 7 A Chaque paire de signaux sur la paire de bus de sortie 144 et 154 contient une information sur la fonction de transfert de l'élément de filtrage (le signal numérique identifie la cellule contenant l'élément de filtrage) et une information sur l'amplitude du signal que produit cet élément de filtrage (le bus de signal analogique transporte cette information) Dans ces conditions, la fréquence du signal présent sur le bus 123 de distribution FR peut se calculer par l'un des procédés suivants: méthode de pondération, méthode graphique ou calcul à la main ou par calculatrice, comme indiqué plus haut Une fois connue cette fréquence, la détermination de la vitesse du flux gazeux dans

le réacteur 18 se fait très simplement.

Considérations générales

On donnera d'abord une brève description de l'effet

Doppler L'inventeur ne prétend pas que cette explication est rigoureusement correcte en termes de science pure Il s'agit plutôt d'une explication suffisamment précise pour expliquer

le fonctionnement de la présente invention.

Un rayonnement électromagnétique peut se propager dans l'espace La figure l A représente schématiquement une rafale 3 de rayonnement, de durée 1 seconde et de fréquence cycles par seconde, qui se déplace vers la droite à la vitesse de 100 mètres par seconde 1 seconde exactement après avoir franchi pour la première fois le repère indiquant O mètre,

cette rafale occupe la distance comprise entre O et 100 mètres.

A la 2 ème seconde (figure 1 B), la rafale s'est déplacée vers la droite et occupe la distance comprise entre 100 et 200 mètres, et à la 3 ème seconde (figure 1 C), la rafale occupe la distance comprise entre 200 et 300 mètres Si un objet 6 se trouve exactement au repère des 300 mètres, la rafale peut être réfléchie par l'objet 6, si bien qu'à la fin de la 4 me seconde, la rafale se sera déplacée en sens inverse et occupera la distance comprise entre les repères de 100 et 200 mètres (figure 1 B) et, à la fin de la 5 ème seconde, occupera la distance comprise entre les repères O et 100 mètres (figure l A), arrivant donc à cet instant au repère de O mètre La réflexion par l'objet 6 peut être interprétée comme une interception par l'objet 6, suivie d'un rayonnement émis par celui-ci Autrement dit, l'objet peut être considéré comme

une source de rayonnement Supposons que la rafale de rayonne-

ment de 1 seconde soit divisée en 10 fragments égaux, si bien qu'on puisse prendre en considération seulement le 1/10 de la rafale autrement dit, dans le cas présent, un seul cycle de rayonnement On voit sur la figure 2 que l'objet stationnaire 6 rayonnant un tel fragment 7 de rafale le fera en 1/10 de seconde, si bien que la rafale occupera la distance entre les

repères des 300 et 290 mètres, comme indiqué.

Mais on a trouvé expérimentalement que si l'objet 6 se déplace vers la droite, comme indiqué sur la figure 3, à une vitesse de 75 mètres par seconde par exemple (ou, ce qui revient au même, de 7,5 mètres par 1/10 de seconde), alors durant le 1/10 de seconde que prend l'objet pour rayonner le

fragment de rafale, l'objet se sera déplacé de 7,5 mètres.

Autrement dit, à la fin de ce 1/10 de seconde, l'objet occupe

la position représentée sur la figure 3.

Dans ce cas, la longueur d'onde, c'est-à-dire la distance entre le début et la fin d'une double alternance, du fragment de rafale rayonné a augmenté Le fragment de rafale occupe maintenant la distance comprise entre les repères 290 et 307,5, c'est-à-dire 17,5 mètres, alors qu'il occupait la distance comprise entre les repères 290 et 300, c'est-à-dire mètres, quand l'objet était immobile En d'autres termes, et pour résumer, le rayonnement réfléchi par un objet mobile

change de longueur d'onde.

La longueur d'onde est reliée à la fréquence et à la vitesse de propagation du rayonnement par l'équation suivante L = V/f o f représente la fréquence, L la longueur d'onde et V la vitesse de propagation Comme la vitesse de propagation ne varie pas dans cet exemple, il suffit de connaître la fréquence f pour calculer la longueur d'onde et donc la vitesse de l'objet, si l'on connaît la fréquence du rayonnement initialement intercepté par l'objet Dans l'exemple ci-dessus, la mesure de la fréquence de l'onde (figurée par l'onde 9 de la figure 3) permet de calculer la longueur d'onde de l'onde réfléchie Ainsi, dans l'exemple ci-dessus, la fréquence interceptée et la fréquence rayonnée permettent de déterminer que l'objet se déplaçait à la vitesse de 7,5 mètres en 1/10 de seconde, soit

mètres par seconde.

La présente invention n'est pas limitée à la mesure de la vitesse des gaz Elle peut servir à analyser la fréquence de n'importe quelle courte rafale de rayonnement En tant que telle, elle a des applications dans la poursuite par radar ou

sonar De plus, la description n'a porté que sur une seule

mise en oeuvre de l'invention, mais il est possible de lui apporter de nombreuses modifications sans s'écarter du sens

véritable et du domaine de la présente invention.

Claims (11)

R E V E N D I C A T I O N S

1 Dispositif pour extraire des données d'un signal d'entrée, en ce qu'il comprend: A plusieurs éléments de filtrage 126 ayant chacun * une caractéristique de réponse en fréquence différente et connue, et produisant un signal préliminaire en réponse au signal d'entrée; plusieurs détecteurs de signal maximum, chaque détecteur étant couplé à un groupe sélectionné d'éléments de filtrage ( 126) pour produire un signal d'amplitude indicatif du signal préliminaire le plus grand produit par le groupe, et pour produire un signal d'identité destiné à identifier dans chaque groupe l'élément de filtrage ( 126) produisant le

signal préliminaire le plus grand.

2 Dispositif suivant la revendication 1, en ce qu'il comprend en outre un moyen d'analyse de régression destiné à recevoir les signaux d'identité et les signaux d'amplitude, ainsi qu'à produire en réponse un signal indicatif de la

fréquence du signal d'entrée.

3 Analyseur de signal destiné à déterminer la fréquence d'entrée d'un signal d'entrée, en ce qu'il comprend un premier groupe d'éléments de filtrage ayant chacun une caractéristique de réponse en fréquence prédéterminée, destiné à produire un premier signal d'identification qui identifie l'élément de filtrage du premier groupe qui a la réponse au signal d'entrée la plus grande, ainsi qu'à produire un premier signal d'amplitude indicatif de l'amplitude de cette réponse; un second groupe d'éléments de filtrage ayant chacun une caractéristique de réponse en fréquence prédéterminée, destiné à produire un second signal d'identification qui identifie l'élément de filtrage du second groupe qui a la réponse la plus grande, ainsi qu'à produire un second signal d'amplitude indicatif de l'amplitude de cette réponse; et un moyen d'analyse de régression couplé à ces éléments a 53 OO 32 de filtrage, destiné à produire, en réponse aux signaux d'identification et d'amplitude, un signal indicatif de la

fréquence du signal d'entrée.

4 Analyseur de signal en temps réel, destiné à déterminer la fréquence d'entrée d'un signal d'entrée, en ce qu'il comprend un amplificateur de distribution ( 121) destiné à amplifier ce signal d'entrée et à le distribuer à plusieurs conducteurs de distribution ( 123); N groupes d'éléments de filtrage ( 126), chaque groupe étant relié à l'un des conducteurs de distribution ( 123), ces éléments de filtrage ( 126) répondant chacun à une bande de fréquences différente, ayant chacun une caractéristique de réponse en fréquence prédéterminée et produisant chacun un signal préliminaire correspondant à sa réponse en fréquence n groupes de moyens d'isolation ( 142), n groupes d'amplificateurs opérationnels ( 138), une entrée de chaque amplificateur étant reliée à l'un des éléments

de filtrage ( 126) et la sortie de chaque amplificateur opération-

nel étant reliée à l'entrée de l'un des moyens d'isolation( 142) n bus ( 144) de signal d'identité, chacun d'entre eux étant relié à la sortie de tous les moyens d'isolation ( 142) de chaque groupe de moyens d'isolation ( 142) n agencements de réaction, branchés chacun entre la sortie de chaque moyen d'isolation ( 142) et la seconde entrée de l'amplificateur opérationnel ( 138) correspondant, celui-ci

étant relié à l'entrée de ce moyen d'isolation ( 142), l'agen-

cement de réaction et le moyen d'isolation ( 142) ayant pour rôle de sélectionner dans chaque groupe le dispositif d'amplification ( 138) qui produit le signal le plus grand et de transmettre ce signal au bus ( 144) de signal maximum correspondant n groupes de dispositifs comparateurs ( 150), chacun de ces dispositifs comparateurs ( 150)-étant relié à la sortie de 'L'un des dispositifs d'amplification ( 138) pour être activé quand le dispositif d'amplification ( 138) correspondant transmet son signal à son bus ( 144) de signal maximum correspondant; n groupes de dispositifs de codage, chacun de ces dispositifs de codage produisant un signal identifiant l'élément de filtrage ( 126) de chacun des N groupes qui produit le signal le plus grand un moyen d'analyse de régression branché entre ces dispositifs de codage et ces bus ( 144) de signal maximum, destiné à en recevoir les signaux et à produire en réponse un

signal indicatifde la fréquence de ce signal d'entrée.

Dispositif suivant la revendication 4 et comprenant en outre un dispositif de redressement ( 136) et un dispositif de filtrage d'ondulation ( 140) branchés entre chacun des éléments de filtrage ( 126) et chacun des amplificateurs ( 138) pour réduire la composante alternative du signal produit par

chaque élément de filtrage ( 126).

6 Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que au moins certains des amplificateurs sont des

amplificateurs opérationnels.

7 Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé

en ce que le moyen d'isolation ( 142) consiste en diodes.

8 Dispositif suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le dispositif de codage consiste en conducteurs branchés entre une sortie ( 151) de chaque dispositif comparateur ( 150) et une combinaison sélectionnée de conducteurs contenus

dans un bus ( 154) d'identification.

9 Dispositif suivant les revendications 1, 2, 3, ou

4, en ce qu'il comprend en outre: un dispositif ( 21) qui projette sur un point ( 12) un faisceau ( 22) de lumière sensiblement monochromatique afin d'être réfléchi par ce point un dispositif de référence qui produit un faisceau de référence ( 65) de lumière sensiblement monochromatique un dispositif qui mélange ce faisceau projeté ( 22) et ce faisceau de référence ( 65) pour produire un signal d'entrée ayant une fréquence indicatrice de toute différence

de fréquence entre les deux faisceaux.

Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé.

en ce que le dispositif de référence consiste en un diviseur de faisceau ( 49) qui produit le faisceau de référence ( 65)

à partir du faisceau projeté ( 22).

11 Dispositif suivant la revendication 9 et comprenant en outre un organe permettant d'introduire une substance dans

le flux de fluide pour que le rayon projeté ( 22) soit réfléchi.

12 Dispositif suivant la revendication 9,et comprenant en outre des transducteurs ( 26, 28, 30) pour déterminer la position d'un système de référence par rapport au dispositif de

projection ( 21) en vue de situer la position du point ( 12).

13 Dispositif suivant la revendication 9, caractérisé en ce que: a) le dispositif ( 21) qui projette le faisceau ( 22) de lumière sensiblement monochromatique comprend: i) une source qui projette le faisceau ( 22) dans une première direction; ii) un dispositif réflecteur qui oriente dans une

seconde direction le faisceau projeté ( 22); -

iii) un système de lentilles ( 81, 82) qui focalise en un point prédéterminé ( 12) le faisceau projeté pour qu'il soit réfléchi par ce point; b) le dispositif qui produit le faisceau de référence ( 65) de lumière monochromatique comprend: i) un dispositif ( 49) diviseur de faisceau pour séparer un faisceau de référence ( 65) du faisceau projeté par la source; c) le dispositif de mélange comprend i) le système de lentilles ( 81, 82), mais utilisé cette fois pour focaliser vers le détecteur ( 70) la lumière réfléchie par le point ( 12); ii) un dispositif ( 67) diviseur de faisceau, interposé entre le système de lentilles ( 81, 82) et le détecteur ( 70), qui transmet vers le détecteur ( 70) la lumière réfléchie par le point ( 12) et réfléchit vers le détecteur

( 70) le faisceau de référence ( 65).