FR2619919A1 - Dispositif de mesure de visibilite dans un milieu turbide - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide T. Le dispositif comporte des moyens 1 d'émission d'au moins un rayonnement lumineux de longueur d'onde d'intensité d'émission Ie donné et des moyens 2 de détection et réception de la lumière diffusée par le milieu turbide. Les moyens 2 sont constitués par des moyens 2 détecteur récepteur synchrones des moyens d'émission 1. Des moyens 3 de traitement du signal représentatif de l'intensité lumineuse diffusée permettent de déterminer la visibilité dans le milieu turbide exprimée sous forme de distance de visibilité x de coefficient de visibilité V à partir du coefficient d'absorption K du milieu turbide T. Application à l'aide à la conduite de véhicule en temps réel.
Description
L'invention concerne un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide.
Les milieux turbides ont la propriété de diffuser la lumière émise dans le spectre visible ou invisible par un dispositif approprié.
Les dispositifs généralement utilisés à des fins de mesure de visibilité dans les milieux turbides, soit en définitive de leur densité ou opacité, sont actuellement de deux sortes : les transmissiomètres et les diffusiomètres.
Les transmissiomètres utilisent un émetteur et un récepteur physiquement distincts et suff i- samment distants l'un de l'autre. La séparation physique de l'émetteur et du récepteur interdit toute utilisation mobile de ce type d'appareil. L'émetteur et le récepteur doivent en effet être collimatés et alignés. Ce type d'appareil donne un signal de mesure fonction de l'absorption et de la diffusion du flux lumineux émis de la forme
relation dans laquelle Ie est l'intensité du flux lumineux émis,
Ir est l'intensité du flux lumineux reçus d est la distance séparant l'émetteur et le récepteur.
relation dans laquelle Ie est l'intensité du flux lumineux émis,
Ir est l'intensité du flux lumineux reçus d est la distance séparant l'émetteur et le récepteur.
Le coefficient K déterminé expérimentalement est le logarithme népérien de l'atténuation par absorption et diffusion pour la distance unité. Le coefficient K est appelé coefficient d'extinction.
Conformément aux travaux de Kosmieder, la visibilité V est définie à partir du coefficient d'extinction par la relation
3.91 (2 ) V =
K
Confer H. Kosmieder, Beitrag zur Physik des freien Atmosphäre, 12,33, 171.1924.
3.91 (2 ) V =
K
Confer H. Kosmieder, Beitrag zur Physik des freien Atmosphäre, 12,33, 171.1924.
Lors de la mise en oeuvre de ce type d'appareil, l'inconvénient est donc de ne pas disposer directement de la valeur de ce coefficient qulil est nécessaire de calculer, une valeur de référence devant être établie à la réception.
Cependant, ce type d'appareil permet de jouer le rôle d'appareils étalons vis-à-vis d'appareilsdiffusiomètres ou rétrodiffusiomètres car ils peuvent être mis en oeuvre sur de longues distances dans le milieu turbide.
Les diffusiomètres utilisés actuellement se divisent en deux catégories
Les diffusiomètres dits diffusiomètres "avant" où émetteur et récepteur de lumière sont orientés de façon que leur axe optique forment un angle obtus > 90 .
Les diffusiomètres dits diffusiomètres "avant" où émetteur et récepteur de lumière sont orientés de façon que leur axe optique forment un angle obtus > 90 .
Les diffusiomètres "arrière" ou rétrodiffusiomètres où émetteur et récepteur sont voisins, leur axe optique formant un angle en général inférieur à 209.
Les diffusiomètres, de manière générale, permettent d'accéder directement au coefficient d'absorption ou d'extinction K avec une bonne prévision.
Selon les travaux de T.A. Cuseio et
G.L. Knestrich publiés dans l'article "Correlation of a atmospheric transmission with backscattering" Applied
Physics, Vol. 48,n0 10, 1958 le coefficient d'absorption vérifie la relation
b (3) K = a.x où b est un coefficient en exposant compris entre 1,1
et 1,8,
x est la distance de visibilité,
a est un coefficient constant pour unmilieu donné.
G.L. Knestrich publiés dans l'article "Correlation of a atmospheric transmission with backscattering" Applied
Physics, Vol. 48,n0 10, 1958 le coefficient d'absorption vérifie la relation
b (3) K = a.x où b est un coefficient en exposant compris entre 1,1
et 1,8,
x est la distance de visibilité,
a est un coefficient constant pour unmilieu donné.
Pour une dynamique de distance de 10, soit par exemple de 20 à 200 mètres, on peut considérer K.x c-onstant et la distance de visibilité peut être une indication donnée directement par l'appareil.
Cependant, les diffusiomètres avant possèdent certains inconvénients des transmissomètres tels que:
séparation physique de l'émetteur et du récepteur
nécessité d'établir une valeur de référence a la réception.
séparation physique de l'émetteur et du récepteur
nécessité d'établir une valeur de référence a la réception.
On a tenté la mise en oeuvre de modes de réalisation ne présentant pas ces défauts et de tels appareils ont été décrits par J.V. Winstanley et
M.J. Adams : dans l'article intitulé "Point Visibility meter : a forward scatter for extinction measurement"et publié dans la publication Applied Optics, Vol. 14/n0 9,
Septembre 1975. Les compte-rendus d'essais de ce type d'appareils ont été publiés dans la publication
Meteorological Magazine, 107, 1978/A. Douglas "The measurement of visibility on motorway". Mais le volume de milieu turbide soumis à analyse reste très faible et l'application de ce type d'appareil à l'aide in situ à la conduite de véhicules automobiles ne peut être envisagée.
M.J. Adams : dans l'article intitulé "Point Visibility meter : a forward scatter for extinction measurement"et publié dans la publication Applied Optics, Vol. 14/n0 9,
Septembre 1975. Les compte-rendus d'essais de ce type d'appareils ont été publiés dans la publication
Meteorological Magazine, 107, 1978/A. Douglas "The measurement of visibility on motorway". Mais le volume de milieu turbide soumis à analyse reste très faible et l'application de ce type d'appareil à l'aide in situ à la conduite de véhicules automobiles ne peut être envisagée.
L'invention a pour objet de remédier à l'ensemble des inconvénients précités par la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide particulièrement performant.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide permettant une assistance à la conduite d'un véhicule, automobile ou aéroporté, en temps réel.
Un autre objet de la présente invention est la mise en oeuvre d'un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide,dispositif présentant des caractéristiques de compacité et de légèreté suffisantes pour que ce dispositif puisse être embarqué à bord d'un tel véhicule.
Le dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide objet de l'invention est remarquable en ce qu'il comporte des moyens d'émission d'au moins un rayonnement lumineux de longueur d'onde et d'intensité d'émission Ie donnée, des moyens de détection et réception de la lumière diffusée par le milieu turbide délivrant un signal Ir représentatif de l'intensité lumineuse diffusée permettant de déterminer la visibilité, dans le milieu turbide, exprimée sous forme de distance de visibilité x, ou de coefficient de visibilité V à partir du coefficient d'extinction K, le coefficient de visibilité V vérifiant les relations
K = axb où a et b sont des constantes de valeur détermi-née,
K = axb où a et b sont des constantes de valeur détermi-née,
3.91
K
Le dispositif de mesure de visibilité objet de 1 invention trouve application à l'assistance à la conduite d'un véhicule automobile en temps réel, ce dispositif pouvant être embarqué à l'intérieur du véhicule pour mesurer la visibilité du milieu extérieur au travers d'une des parois vitrées du véhicule telle que le pare-brise.
K
Le dispositif de mesure de visibilité objet de 1 invention trouve application à l'assistance à la conduite d'un véhicule automobile en temps réel, ce dispositif pouvant être embarqué à l'intérieur du véhicule pour mesurer la visibilité du milieu extérieur au travers d'une des parois vitrées du véhicule telle que le pare-brise.
L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description ci-après à l'observation des dessins dans lesquels
La Figure 1 représente un schéma synoptique d'un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide objet de l'invention
La Figure 2 représente une vue plus détaillée de la partie électronique du dispositif représenté en Figure 1
La Figure 3 représente un détail de la partie réception de la Figure 2
Les Figures 4 et 5 représentent un détail de réalisation d'un élément de la partie électronique représentée en Figure 2 ; et
La Figure 6 représente un mode d'exécution détaillée, non limitatif, de l'étage d'émission du dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide selon l'invention.
La Figure 1 représente un schéma synoptique d'un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide objet de l'invention
La Figure 2 représente une vue plus détaillée de la partie électronique du dispositif représenté en Figure 1
La Figure 3 représente un détail de la partie réception de la Figure 2
Les Figures 4 et 5 représentent un détail de réalisation d'un élément de la partie électronique représentée en Figure 2 ; et
La Figure 6 représente un mode d'exécution détaillée, non limitatif, de l'étage d'émission du dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide selon l'invention.
Le dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide objet de la présente invention sera tout d'abord décrit en liaison avec la figure 1.
Conformément à la figure précitée, le milieu turbide dont on veut mesurer la visibilité a été désigné par la référence T.
Selon l'invention le dispositif de mesure de visibilité comporte des moyens -notés 1 d'émission d'au moins un rayonnement lumineux de longueur d'onde d'intensité d'émission Ie donnée.
Le dispositif objet de l'invention comporte également des moyens 2 de détection et de réception de la lumière diffusée par le milieu turbide T, ces moyens délivrant un signal Ir représentatif de l'intensité de la lumière diffusée à la longueur d'onde d'émission. Les moyens 2 détecteurs récepteurs sont constitués par des moyens détecteurs récepteurs synchrones des moyens d'émission 1.
Des moyens 3 de traitement de signal
Ir représentatif de l'intensité lumineuse diffusée sont prévus et permettent de déterminer la visibilité dans le milieu turbide T. Cette visibilité est exprimée sous forme de distance de visibilité x ou de coefficient de visibilité V à partir du coefficient
d'absorption ou d'extinction K du milieu turbide.
Ir représentatif de l'intensité lumineuse diffusée sont prévus et permettent de déterminer la visibilité dans le milieu turbide T. Cette visibilité est exprimée sous forme de distance de visibilité x ou de coefficient de visibilité V à partir du coefficient
d'absorption ou d'extinction K du milieu turbide.
La distance de visibilité x et le coefficient d'absorption K et le coefficient de visibilité V vérifient les relations
Dans la relation 1 précitée K est donné
par les relations constantes.
par les relations constantes.
3,91 (2) V = ------
K
b a et b étant des constantes de valeur déterminée.
K
b a et b étant des constantes de valeur déterminée.
(3) K = a.x
Sur la figure 1 on notera notamment que les moyens 1 d'émission comportent un système d'émission 14 et les moyens 2 de détection et de réception comportent un système de réception 20 lesquels dans le cas de l'aide à la conduite de véhicule en temps réel sont de préférence accollés à une paroi vitrée du véhicule, paroi notée VI telle que le pare-brise de celui-ci.
Sur la figure 1 on notera notamment que les moyens 1 d'émission comportent un système d'émission 14 et les moyens 2 de détection et de réception comportent un système de réception 20 lesquels dans le cas de l'aide à la conduite de véhicule en temps réel sont de préférence accollés à une paroi vitrée du véhicule, paroi notée VI telle que le pare-brise de celui-ci.
Sur la figure 1 on en outre représenté l'ensemble d'un bloc d'alimentation noté 4 permettant l'alimentation des différents circuits électroniques ainsi qu'il sera décrit ci-après.
Selon un mode de réalisation particulièrement avantageux représenté en figure 2, les moyens 1 d'émission et les moyens 2 de détection réception comportent respectivement au moins une diode électroluminescente 14 constituant un système d'émission et au moins une diode photoréceptrice 20 constituant un système de réception.
Les moyens d'émission comportent connectes en cascade pour former une chaîne d'émission connectée à la diode électroluminescente 14 un oscillateur 10 permettant d'engendrer des impulsions de référence, les moyens 11 de modulation permettant d'engendrer à partir des impulsions de référence un signal de modulation de l'intensité lumineuse de la diode électroluminescente 14.
En outre , la chaîne d'émission comporte connectés en sortie des moyens de modulation 1 1 des moyens de filtrage 12 auxquels est connecté un générateur 13 de courant d'émission Ie de la diode électroluminescente 14.
Les moyens 2 de détection réception comportent connectés en cascade pour former une chaîne de réception connectée elle-même à la diode photoréceptrice 20,successivement,unétage 21 d'adaptation et de réglage de gain permettant à la réception d'engendrer à partir d'une inductance de.
grande valeur notée 21 L un courant Ir représentatif de l'intensité de la lumière diffusée, Des moyens de filtrage 22 du type filtrage passe haut et passe bas sont connectés en sortie de étage d'adaptation 21 et des moyens 23 de détection synchrones synchronisés sur l'oscillateur 1 1 de la chaîne d'émission sont connectés en sortie des moyens de filtrage 22 précités. Des moyens de filtrage passe-bas 24 sont connectés en sortie des moyens de détection synchrones 23 et des moyens 25 de réglage de gain continu permettent un calibrage de signal Ir représentatif de l'intensité de la lumière réfléchie par le milieu turbide T.
Une description plus détaillée d'un mode de réalisation particulièrement avantageux de 1 'in- ductance de grande valeur 21L sera donnée en liaison avec la figure 3.
Conformément à un aspect particulièrement avantageux du dispostif objet de l'invention, la self inductance de forte valeur 21L est constituée par une self inductance synthétique.
Selon la figure précitée, la self inductance synthétique comprend de manière avantageuse non limitative, un amplificateur opérationnel 210 dont la borne positive est reliée à la tension de référence par un condensateur 211 et dont la borne négative est reliée par l'intermédiaire d'une résistance à un pont de polarisation 212, 213. Un condensateur de réaction 214 relie l'entrée négative à la sortie de l'amplificateur opérationnel.
En outre, un transistor de liaison 215 est prévu dont l'électrode de base est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel 210, l'électrode d'émetteur étant reliée à la tension de polarisation +Vcc d'alimentation délivréepar l'unité d'alimentation 4. L'électrode de collecteur peut être chargée par la diode photoréceptrice 20 et la borne de la diode photoréceptrice précitée peut être reliée à la borne de collecteur du transistor 215 et être reliée à la borne positive de l'amplificateur par une résistance 219. La diode 20 est polarisée en inverse pour supprimer la composante directe de courant due à la lumière ambiante.
L'élément sensible constitué par la diode photoréceptrice 20 est disposé derrière une optique telle que par exemple une lentille de
Fresnel et la diode photoréceptrice telle qu'une diode au silicium est enrobée dans une substance filtrante dont la bande passante est centrée sur la ou les bandes d'émission.
Fresnel et la diode photoréceptrice telle qu'une diode au silicium est enrobée dans une substance filtrante dont la bande passante est centrée sur la ou les bandes d'émission.
La photodiode reçoit le ou les flux de lumière rétro-diffusés par le milieu turbide à une ou plusieurs longueurs d'onde.
La caractéristique de la self inductance synthétique dans le mode de réalisation tel que représenté en figure 3 peut être résumée selon les critères ci-après.
- la self inductance synthétique telle que représentée en figure 3 est pratiquement insensible aux inductions parasites de l'émetteur ou aux inductions parasites externes telles que les inductions à 50 Hz par exemple.
- l'ensemble présente un faible poids et des dimensions très réduites.
- elle présente une très forte valeur d'inductance, supérieure à 1 000 H pour un facteur
4 de qualité Q très élevé , supérieur à 10 ,ce type d'inductance présentant les caractéristiques précitées étant irréalisable par d'autres procédés.
4 de qualité Q très élevé , supérieur à 10 ,ce type d'inductance présentant les caractéristiques précitées étant irréalisable par d'autres procédés.
Selon le mode de réalisation de la figure l'ensemble du système permet d'imposer une tension continue aux bornes de la diode de réception 20 polarisée en inverse ceci indépendamment du courant continu qui peut la traverser, ce courant étant dû à la lumière du jour. Le montage précité permet à une tension alternative de se développer aux bornes de la diode de réception et ce indépendamment du courant continu. La résistance interne de la source alternative est donc grande alors que celle de la résistance de la source de courant continu est faible. On peut ainsi reconnaître dans les caractéristiques décrites précédemment celle d'une self dont la valeur est quasixinfinie et sa résistance série est quasi-nulle en parallèle avec une résistance de charge finie.Le role de cette résistance est de transformer le courant alternatif engendré par la diode de réception 20 à une tension alternative laquelle est ensuite amplifiée.
Selon le mode de réalisation de la figure 3, le dispositif du type self synthétique est composé essentiellement de trois parties
a) une tension de référence qui est la tension d'alimentation +Vcc
b) une source de courant présentant une résistance interne quasi-infinie ou en tout état de cause très grande par rapport à la résistance de charge RS en parallèle avec celle-ci. La source de courant est constituée par le transistor 215 monté en base commune. En outre, il est possible de remplacer la résistance d'émetteur 216 par une source de courant pour réaliser ainsi un montage de type cascode.
a) une tension de référence qui est la tension d'alimentation +Vcc
b) une source de courant présentant une résistance interne quasi-infinie ou en tout état de cause très grande par rapport à la résistance de charge RS en parallèle avec celle-ci. La source de courant est constituée par le transistor 215 monté en base commune. En outre, il est possible de remplacer la résistance d'émetteur 216 par une source de courant pour réaliser ainsi un montage de type cascode.
Un amplificateur opérationnel 210 lequel est disposé en intégrateur est attaqué sur l'entrée positive par la sortie de la source de courant et sur son entrée négative par la tension de référence donnée en fait par le pont divisenr constitué par les résistances 212, 213 et par la tension +Vcc. La tension de sortie de l'amplificateur 210 commande cette même source de courant.
L'amplificateur opérationnel 210 compare la tension de référence injectée sur son entrée négative avec la tension au borne de la photo diode 20 de réception qui est chargée par la source de courant constituée par le transitor 215. Lorsque la tension continue développée par le fond de lumière continu, tel que la lumière ambiante,augmente, le courant dans la diode de réception augmente et la tension à ses bornes tendra baisser. Comme cette tension est injectée sur l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel 210, la tension de sortie de l'amplificateur opérationnel égale au produit de son gain par la différence de tension entre les entrées positives et négatives de l'amplificateur opérationnel 210 diminue. Ceci a pour effet d'injecter plus de courant dans la base du transistor faisant office de source de courant.La tension collecteur du transistor augmente jusqu'à la tension au borne de la diode soit de nouveau la même que la tension de référence. En conséquence, la tension aux bornes de la photo diode de réception 20 demeure constante et indépendante dans certaines limites du courant continu dans la photo diode de réception.
En alternatif, l'amplificateur opérationnel est monté en intégrateur. Du point de vue de son entrée positive le gain est égal à 1. De plus, la base du transistor formant la source de courant, le transistor 215, est découplé e par un condensateur 220 et la tension alternative aux bornes de la photo diode de réception 20 est reliée à l'entrée positive de l'amplificateur opérationnel 210 par l'intermédiaire d'un filtre composé de la résistance 219 et du condensateur 211.
Ainsi, la source de courant ignore en fait les varia tions de tension aux bornesde la diode. Comme son impédance est très grande par rapport à la résistance de charge, la tension alternative est égale au produit du courant dans la diode par la résistance 219 et on considère en fait l'influence des capacités parasites comme négligeable.
On notera cependant que la résistance dynamique de la photo diode de réception 20 varie en fonction du courant qu'elle engendre et dans le cas de fortes illuminations, elle peut être du même ordre ou même inférieure à la résistance de charge.
Afin d'éviter une variation du gain avec la luminosité, on peut augmenter artificiellement la résistance dynamique de la photo diode 20 par l'artifice du "boot-strap" selon le langage anglo-saxon. Celui est réalisé en reliant l'anode de la photo diode 20 à un potentiel alternatif égale à celui de la cathode.
Une description plus détaillée de l'étage d'adaption 21 et de réglage de gain et des moyens de filtrage passe haut et passe bas de la chaîne de réception sera donnée en liaison avec la figure 4.
Conformément à la figure précitée, l'étage 21 comprend un étage d'adaption 21a constitué pal un amplificateur opérationnel 2101 dont l'entrée positive est connectée à la borne de sortie de la diode phoGoréceptrice 20 et l'entrée négative est connectée d'une part à la tension de référence la masse du dispositif par un circuit résistance 2102 capacité 2103 série et d'autre part, en réaction sur la sortie de l'amplificateur 2101 par un circuit résistance 2104 capacité parallèle 2105. Un étage de filtrage proprement dit 21b est prévu, celui-ci étant constitué par un filtre en Té 2105 à résistance capacité. L'entrée du filtre en Té considéré est connecté en sortie de l'amplificateur 2101.
L'étage d'amplification 22c est connecté en sortie du filtre ou étage de filtrage en Té 2105, cet étage d'amplification 22c étant constitué par un amplificateur opérationnel 2206 dont la borne positive est connectée à la sortie du filtre en Té et dont la borne négative est reliée d'une part à la tension de référence par un circuit à résistance 2207 capacité 2208 série et d'autre part en réaction sur la sortie de ce meme amplificateur par un circuit à résistance 2209 capacité 2210 parallèle.
Une description plus détaillée des moyens de détection synchrones 23, des moyens de filtrage passe bas 24 et des moyens 25 du réglage du gain en continu sera donnéeen liaision avec la figure 5.
Selon la figure précitée, les moyens de détection synchrones représentés à la partie A comprennent une cellule de liaison à capacité 230 résistance 231, 232 sur laquelle est connecté en parallèle un interrupteur 233 commandé par les signaux de modulation délivrés par les moyens de modulation 11 de la chaîne d'émission.
Les moyens de filtrage passe bas 24 représentés en B sur la figure 5 comportent une cellule de filtrage constituée par deux filtres en
Té 241,242 à résistance capacité 2410, 2411, 2420, 2421. L'entrée du premier filtre 241 est connectée en sortie des moyens de détection synchrone et la sortie du deuxième filtre 242 constitue la sortie des moyens de filtrage passe bas 24.
Té 241,242 à résistance capacité 2410, 2411, 2420, 2421. L'entrée du premier filtre 241 est connectée en sortie des moyens de détection synchrone et la sortie du deuxième filtre 242 constitue la sortie des moyens de filtrage passe bas 24.
Les moyens de réglage du gain en continu 25 représentés en figure 5 à la partie C comportent un amplificateur opérationnel 253 dont le gain peut être adapté par une résistance 2531 connectée en réaction entre l'entrée négative et la sortie de l'amplificateur 253. La résistance 2532 permet de ramener sur l'entrée négative une partie de la tension de sortie seulement.
Une description plus détaillée des moyens 11 de modulation de la chaîne d'émission sera donnéeen liaison avec la figure 6. Selon la figure précitée, les moyens 11 de 'modulation comportent un registre à décalage 110 recevant les impulsions de fréquence F engendrées par l'oscillateur de référence 10. Le registre à décalage est chargé sur ses différentes sorties par des resistances notées 111, 112 . . . lin et permettent ainsi d'engendrer un signal sinusoldal noté SS signal de modulation de fréquence F f = 76 ainsi qu un signal DS de synchronisation de détection synchrone. Le signal de DS de synchronisation de détection synchrone est envoyé sur l'interrupteur 233 des moyens de détection synchrones 23.La sortie des moyens de modulation 11 délivrant le signal sinusoïdal SS est constituée par la résistance lin du registre à décalage 110 à laquelle est connecté un condensateur 1110. Le signal de modulation signal sinusoldal SS est délivré au générateur de courant d'émission 13 lequel sera décrit ci-après toujours en liaison avec la figure 6.
Selon la figure précitée, le générateur 13 de courant d'émission comporte un amplificateur opérationnel 130 dont la borne positive reçoit le signal de modulation et dont la borne négative est connectée en réaction sur la borne positive par une capacité 131 pour former élément de filtrage du second ordre. Un transistor 133 est monté en générateur de courant l'électrode de base de ce transistor étant connectée à la sortie de l'amplificateur 130 et l'électrode d'émetteur de ce meme transistor étant connectée à la tension d'alimentation +Vcc par un élément résistif 132. L'électrode de collecteur du transistor 133 est directement chargée par la diode électroluminescente d'émission 14.Le signal de modulation SS est ainsi amplifié par l'amplificateur 130 lequel commande le générateur de courant à la même fréquence pour engendrer le courant d'émission de la diode 14.
Selon une caractéristique avantageuse, l'élément résistif 132 est constitué par une thermistance permettant de réguler l'intensité d'émission en fonction de la température.
Ainsi qu'on l'a en outre représenté en figure 6, la diode électroluminescente d'émission 14 et la diode photoréceptrice 20 sont couplées optiquement par une lame semi-réfléchissante 1420 la diode photoréceptrice 20 étant connectée à un circuit de régulation du flux émis par rapport à une valeur de consigne ou de référence noté VF indépendamment des variations des paramètres physiques de la diode électroluminescente d'émission. Ainsi, la photo diode réceptrice 20 peut être connectée ,la cathode de celleci,à l'entrée négative d'un amplificateur opérationnel 150 dont la borne positive reçoit la tension de référence précitée, les bornes négatives 152 et positives 151 permettant à l'amplificateur 150 de jouer le rôle de comparateur. La sortie de l'amplificateur 150 est connectée à l'électrode de commande d'un transistor de commutation du type transistor à effet de champ 154.Le transistor 154 est en outre connecté entre la sortie des moyens de modulation 11, c'est-à-dire en parallèle sur le condensateur 1110.
Dans l'ordre de réalisation des figures 4 et 5 de la chaîne de réception, le premier amplificateur 2101 de la partie 21a permet de réaliser l'adaptation d'impédance et permet d'appliquer un gain sur le signal délivré par la photo diode de réception et le second amplificateur 2206 permet de réaliser un circuit passe haut et passe bas centré sur la fréquence de modulation du faisceau lumineux d'émission. Ces filtres ont pour but d'éliminer les signaux parasites tels que le bruit en f de la diode, le bruit à 50 Hz et 100 Hz de l'éclairage public urbain les bruits blancs et haute fréquence engendrés par les amplificateurs.
Le deuxième amplificateur 2206 peut par exemple présenter un gain réglable selon les besoins et l'environnement. En particulier, afin de réaliser une compensation en température de l'ensemble dans certains modes de réalisation.
Le dispositif de détection syncrhone représenté en figure 5 est en fait actionn par un signal carré issu des moyens de modulation 1 1 1 es circuits de modulation réalisant la multiplication par une valeur telle que la valeur 1 etOpar exemple du signal d'entrée. Dans ce mode de réalisation la détection est simple alternance mais peut bien entendu être double alternance dans un mode de réalisation différent.L'ensemble constitué par des moyens de détection synchrone 23, représentés à la partie A de la figure 5 , les moyens de filtrage de valeur moyenne représentés à la partie B de cette même figure 5 et les moyens de réglage de gain représentés à la partie C de la figure 5 constituent en fait un dispositif calculant la valeur moyenne du signal de sortie de la détection synchrone.Ce dispositif peut être un intégrateur ou un filtre passe bas d'un ordre quelconque suivi d'un amplificateur tel que l'amplificateur 253 en continu dont le gain peut être fixé selon les besoins.
En ce qui concerne la partie émission de la chaîne d'émission telle que représentée en figure 6, celle-ci a pour but d'engendrer le signal de modulation SS du flux lumineux et le signal de commutation DS de la détection synchrone en permettant la division de fréquence du signal engendré par l'oscillateur 10 de référence.
Ainsi, 1 'oscillateur 10 engendre un signal de fréquence 16f où f est la fréquence du flux lumineux émis par la photo diode d'émission 14.
Le registre à décalage 110 peut être constitué par un registre à décalage 8 bits dont les résistances disposées sur les sorties permettent la synthèse d'une sinusoïde à la fréquence f soit le signal SS ainsi que le signal de commutation DS délivré à l'étage de détection synchrone 23 et en particulier à l'interrupteur 233.
L'amplificateur 130 et la source de courant constituée par le transistor 133 permettent la commande de la diode ou des diodes d'émission 14 dans le cas où une ou plusieurs diodes d'émission de longueur d'onde différente sont utilisées. Le signal de modulation est au préalable filtré par un dispositif du second ordre ainsi que précédemment décrit.
Ainsi que mentionné précédemment, lorsque l'é ément résistif 132 est constitué par une thermistance, celle-ci permet de modifier l'amplitude du courant moyen dans la ou les diodes d'émission en fonction de la température. En outre, le couplage de la ou des diodes d'émission 14 avec la photo-diode de réception 20 par l'intermédiaire de la lame semi-réfléchissante 1420, cette lame étant disposée sur le trajet du flux émis par la diode d'émission 14, permet au travers de l'amplificateur 150 de réguler le flux émis indépendamment de la température ou du vieillissement des diodes d'émission 14 et de réception 20.
On a ainsi décrit un dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide particulièrement avantageux dans la mesure où ce dispositif permet une mesure de visibilité par rétro-diffusion à partir d'une diode photoréceptrice au silicium et d'une ou plusieurs diodes émettrices.
De manière avantageuse, ce dispositif peut émettre simultanément une ou deux ou plusieurs longueurs d'onde d'émission. Le signal lumineux émis est modulé en amplitude par un signal de forme quelconque et une détection synchrone étant assurée de façon à se prémunir des lumières parasites.
En outre, le flux émis peut être rendu indépendant de la température et du vieillissement des composants.
Claims (10)
1.- Dispositif de mesure de visibilité dans un milieu turbide (T), caractérisé en ce qu'il comporte
des moyens (1) d'émission d'au moins un rayonnement lumineux de longueur d'onde et d'intensité (le) données
des moyens (2) de détection et réception de la lumière diffusée par ledit milieu turbide délivrant un signal (Ir) représentatif de l'intensité (Ir) de la lumière diffusée à la longueur d'onde d'émission, lesdits moyens (2) détecteurs-récepteurs étant constitués par des moyens (2) détecteurs-récepteurs synchrones des moyens (1) d'émission
des moyens (3) de traitement du signal (Ir) représentatif de l'intensité lumineuse diffusée permettant de déterminer la visibilité, dans le milieu turbide, exprimée sous forme de distance de visibilité (x), ou de coefficient de visibilité (V.) à partir du coefficient d'absorption (K) du milieu turbide, la distance de visibilité (x), le coefficient d'absorption (K) et le coefficient de visibilité (V) vérifiant les relations
b
K = ax ou a et b sont des constantes de valeur déterminée,
K
3.91 V
2.- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (1) d'émission et lesdits moyens (2) de détection-réception comportent respectivement au moins une diode électroluminescente (14) et au moins une diode photoréceptrice (20), lesdits moyens d'émission comportant connectés en cascade pour former une chaîne d'émission connectée à la diode électroluminescente
un oscillateur (10) permettant d'engendrer des impulsions de référence
des moyens (11) de modulation permettant d'engendrer, à partir des impulsions de référence, un signal de modulation de l'intensité lumineuse de ladite diode électroluminescente,
. des moyens (12) de filtrage
. un générateur (13) de courant d'émission (Ie) de ladite diode électroluminescente, lesdits moyens (2) de détection-réception comportant, connectés en cascade pour former une chaîne de réception connectée à ladite diode photo-réceptrice
- un étage (21) d'adaptation et de réglage de gain permettant à la réception d'engendrer à partir d'une inductance de grande valeur (21) un courant (Ir) représentatif de l'intensité de la lumière diffusée,
- des moyens (22) de filtrage passe haut et passe bas
- des moyens (23) de détection synchrone synchronisés sur l'oscillateur de la chaîne d'émission
- des moyens (24) de filtrage passebas
- des moyens (25) de réglage du gain continu permettant un calibrage du signal (Ir) représentatif de l'intensité de la lumière réfléchie.
3.- Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que la self inductance de forte valeur est constituée par une self inductance synthétique.
4.- Dispositif selon la revendication 3, caractérisé en ce que la self inductance synthétique comprend
un amplificateur opérationnel (210) dont la borne positive est reliée à la tension de référence par un condensateur (211) et dont la borne négative est reliée par l'intermédiaire d'une résistance à un pont de polarisation (212, 213), un condensateur de réaction (214) reliant l'entrée négative à la sortie de l'amplificateur opérationnel
un transistor de liaison (215), dont l'électrode de base est reliée à la sortie de l'amplificateur opérationnel (210), l'électrode d'émetteur étant reliée à la tension de polarisation +Vcc et dont l'électrode de collecteur est chargée par ladite diode photo-réceptrice (20), la borne de ladite diode photoréceptrice reliée à laborne de collecteur dudit transistor (215) étant reliée à la borne positive de l'amplificateur par une résistance (219), ladite diode (20) étant polarisée en inverse pour supprimer la composante directe de courant due à la lumière ambiante.
5.- Dispositif selon les revendications 3 et 4, caractérisé en ce que ledit étage (21) d'adaptation et de réglage de gain et les moyens (22) de filtrage passe haut et passe bas de la chaîne de réception comportent:
un étage d'adaptation (21A) constitué par un amplificateur opérationnel (2101), dont l'entrée positive est connectée à la borne de sortie de ladite diode photoréceptrice, l'entrée négative du même amplificateur étant connectée d'une part à la tension de référence par un circuit résistance (2102) capacité (2103) série et d'autre part en réaction sur la sortie de l'amplificateur par un circuit résistance (2104) capacité parallèle (2105)
un étage de filtrage proprement dit constitué par un filtre en Té (2105) à résistance capacité
un étage d'amplification constitué par un amplificateur opérationnel (2206) dont la borne positive est connectée à la sortie du filtre en Té et dont la borne négative est reliée d'une part à la tension de référence par un circuit à résistance (2207) capacité (2208) série et d'autre part en réaction sur la sortie de ce même amplificateur par un circuit à résistance (2209) capacité (2210) parallèle.
6.- Dispositif selon l'une des revendications 3 à 5, caractérisé en ce que lesdits moyens de détection synchrone (23), les moyens de filtrage passe bas ( 24 ) et les moyens (25) de réglage du gain en continu comportent respectivement
une cellule de liaison à capacité (230) résistance (231, 232) sur laquelle en parallèle est connecté un interrupteur (233) commandé par les signaux de modulation délivrés par les moyens de modulation de la chaîne d'émission
une cellule de filtrage constituée par deux filtres en Té (241, 242) à résistance capacité (2410, 2411) ; (2420, 2421)
un amplificateur opérationnel (253) dont le gain peut être adapté par une résistance (2431) connectée en réaction entre l'entrée négative et la sortie.
7.- Dispositif selon l'une des revendications 2 à 6, caractérisé en ce que les moyens (11) de modulation de la chaîne d'émission comportent un registre à décalage (110) recevant les impulsions de fréquence (F) engendrées par l'oscillateur de référence (10), ledit registre à décalage étant chargé sur ses différentes sorties par des résistances (111, 112, ... lin) et permettant d'engendrer un signal sinusoidal (SS) de modulation,
F de fréquence f = - ainsi qu'un signal (DS) de syn
16 chronisation de détection synchrone.
8.- Dispositif selon la revendication 2 et 7, caractérisé en ce que ledit générateur (13) de courant d'émission comporte
un amplificateur opérationnel (130) dont la borne positive reçoit ledit signal de modulation et dont la borne positive est connectée en réaction sur la borne négative par une capacité (131) pour former élément de filtrage du second ordre
un transistor (133) monté en généra teur de courant dont 1 ltélectrode de base est connectée à la sortie dudit amplificateur (130), dont l'électrode d'émetteur est connectée à la tension d'alimentation par un élément résistif (132) et dont l'électrode de collecteur est chargée par ladite diode électroluminescente d'émission (14).
9.- Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'élément résistif (132) est une thermistance permettant de réguler l'intensité d'émission en fonction de la température.
10.- Dispositif selon la revendication 8 ou 9, caractérisé en ce que ladite diode électroluminescente d'émission de la diode photoréceptrice sont couplées optiquement par une lame semi-réfléchissante (1420), la diode photoréceptrice (20) étant connectée à un circuit (15) de régulation du flux émis par rapport à une valeur de consigne ou de référence indépendamment des variations des paramètres physiques de la diode électroluminescente d'émission.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8712149A FR2619919B1 (fr) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | Dispositif de mesure de visibilite dans un milieu turbide |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| FR8712149A FR2619919B1 (fr) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | Dispositif de mesure de visibilite dans un milieu turbide |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| FR2619919A1 true FR2619919A1 (fr) | 1989-03-03 |
| FR2619919B1 FR2619919B1 (fr) | 1990-01-19 |
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ID=9354541
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| FR8712149A Expired - Lifetime FR2619919B1 (fr) | 1987-09-01 | 1987-09-01 | Dispositif de mesure de visibilite dans un milieu turbide |
Country Status (1)
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|---|---|
| FR (1) | FR2619919B1 (fr) |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1168483A (en) * | 1965-09-30 | 1969-10-29 | Hoffman Electronics Corp | Backscatter Fog Measuring Instrument |
| US3901812A (en) * | 1973-01-18 | 1975-08-26 | Satt Elektronik Ab | Visibility meter using multiple light beams |
| US3917956A (en) * | 1974-03-08 | 1975-11-04 | Pyrotector Inc | Smoke detector |
| FR2450453A1 (fr) * | 1979-03-01 | 1980-09-26 | Honeywell Inc | Detecteur optique de fumee |
| US4249169A (en) * | 1979-05-18 | 1981-02-03 | Malinowski William J | Optical smoke detector |
-
1987
- 1987-09-01 FR FR8712149A patent/FR2619919B1/fr not_active Expired - Lifetime
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB1168483A (en) * | 1965-09-30 | 1969-10-29 | Hoffman Electronics Corp | Backscatter Fog Measuring Instrument |
| US3901812A (en) * | 1973-01-18 | 1975-08-26 | Satt Elektronik Ab | Visibility meter using multiple light beams |
| US3917956A (en) * | 1974-03-08 | 1975-11-04 | Pyrotector Inc | Smoke detector |
| FR2450453A1 (fr) * | 1979-03-01 | 1980-09-26 | Honeywell Inc | Detecteur optique de fumee |
| US4249169A (en) * | 1979-05-18 | 1981-02-03 | Malinowski William J | Optical smoke detector |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| APPLIED OPTICS, vol. 24, no. 21, 1 novembre 1985, pages 3523-3525, New York, US; T.L.BARBER et al.: "Visibility related to backscatter at 1.06 mum" * |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| FR2619919B1 (fr) | 1990-01-19 |
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