FR2647897A1 - Procede et capteur optique pour la determination de la position d'un corps mobile - Google Patents

Abstract

L'invention se rapporte à la mesure des déplacements. Un capteur optique comprend une source collimatée 2 fixée à un mobile et une série de récepteurs optiques L1, L2... LN alignés sur un corps fixe, dans le sens du mouvement, directement face à la source; des photodiodes transforment les signaux optiques captés en signaux électriques; un calculateur fait la somme des signaux électriques et une somme des produits de ces signaux multipliés par un coefficient, puis il fait le rapport de ces sommes, et compare le rapport à une échelle mémorisée de rapports qui donne la position du mobile. Principale application : mesure des déplacements.

Description

La présente invention se rapporte au domaine des capteurs optiques et, plus particulièrement, à un procédé et à un capteur optique pour la détermination de la position d'un corps mobile qui se déplace le long dune direction rectiligne transversale par rapport à un corps fixe.

On connaît déjà des capteurs optiques de ce type comme, par exemple, celui décrit dans le brevet britannique nO 956 3lu7. En particulier, on connait, parmi eux, des capteurs optiques formés essentiellement de trois composants ; une source lumineuse solidaire du corps fixe, des récepteurs optiques disposés face à la source lumineuse, eux aussi solidaires du corps fixe, et une lame codée, solidaire du corps mobile, interposée et mobile dans l'espace compris entre la source et le récepteur.

La lame codée est formée d'un support transparent à la lumiere, qui porte des zones opaques qui empechent le passage de la lumière, selon un code déterminé représentatif de la position du corps mobile.

Lorsque la position du corps mobile varie, la position de la lame varie de conserve et l'intensité lumineuse captée par les récepteurs de lumière varie elle aussi.

La mesure de l'intensité lumineuse captée par les récepteurs de lumière représente donc la position du corps mobile.

Lesdits capteurs optiques connus présentent toutefois différents inconvénients. Tout d'abord, la lame codée est fragile et, par conséquent elle se détériore facilement ; en outre, Si elle subit de faux déplace mentis, comme des abaissements, élévations ou désaligne ments par rapport au corps mobile, il se produit des variations de l'intensité lumineuse captée par les récepteurs de lumière qui ne sont pas dues à la variation de la position du corps mobile et il en résulte que la me sure de la position du corps mobile est faussée par ces faux mouvements.

En outre, Si la source lumineuse présente de fausses variations d'intensité, l'intensité lumineuse captée par les récepteurs varie bien que la position du corps mobile ne varie pas et, dans ce cas également, la mesure de la position du corps mobile n'est pas correcte.

Pour éviter ce deuxième inconvénient, dans une solution connue illustrée dans le brevet britannique nO 2 056 135, le codage de la lame est tel que, loraque la lame se déplace > bien que les intensités lumineuses individuel les captées par les récepteurs de lumière varients, la somme des intensités lumineuses captées par tous les récepteurs soit indépendante de la position de lame et soit uniquement dépendante de l'intensité lumineuse émise par la source.

Les intensités lumineuses captées par les récepteurs sont transformées en signaux électriques et la somme de ces signaux électriques (qui ne dépend pas de la position du corps mobile) est comparée à un signal de référence fixe.

Le signal résultant de la comparaison est amplifié à travers un circuit de commande en boucle fermée, et va commander l'alimentation de la source lumineuse. De cette façon, Si la somme des signaux électriques diminue, ce qui veut dire que la source émet une intensité lumineuse inférieure à l'intensité pré-établie > et le circuit de commande augmente l'alimentation de la source lumineuse pour ramener la source à émettre une intensité lumineuse égale à celle pré-établie.

De même, Si la somme des signaux électriques augmente, ce qui signifie que la source émet une intensité lumineuse supérieure à l'intensité pré-établie, le circuit de commande diminue l'alimentation de la source lumineuse, en ramenant la source à émettre une intensité lumineuse égale à l'intensité pré-établie.

En définitive, dans ce capteur optique connu, ce n'est pas la détermination de la position du corps mobile qui est rendue indépendante des fausses variations d'intensité lumineuse de la source mais ce sont ces fausses variations qui sont compensées, ce qui est obtenu en réglant l'alimentation de la source de manière qu'elle émette une intensité lumineuse constante.

Pour obtenir cette régulation, il a été en outre nécessaire d'utiliser un circuit de commande en boucle fermée et une alimentation réglable de la source lumineuse. Ces deux faits se traduieent pas le fait que ledit capteur optique de position connu possède un coût élevé et des complications de circuits.

Le but de la présente invention est de présenter un procédé et un capteur optique pour la détermination de la position d'un corps mobile qui se déplace le long d'une direction rectiligne transversale par rapport à un corps fixe, dans lequel la détermination de la position ne soit pas influencée par de faux mouvements de la lame codée par rapport au corps mobile, et par de fausses variations de l'intensité lumineuse de la source.

L'invention a pour objet un procédé pour la détermination de la position d'un corps mobile qui se déplace le long d'une direction rectiligne transversale par rapport à un point de référence d'un corps fixe, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes qui consistent à - associer à l'un desdits corps une source de radiation optique collimatée - associer à l'autre desdits corps une pluralité de récepteurs optiques alignés selon la direction du mouvement du corps mobile - placer la source de radiation optique collimatée directement face aux récepteurs optiques, sans aucun dispositif intermédiaire, de manier qu'au moins deux récepteurs soient toujours éclairés par la source de radiation - transformer les intensités de radiation optiques cap tées par chaque récepteur optique en signaux électriques d'une valeur correspondante - combiner lesdits signaux électriques en multipliant chacun d'eux par un coefficient proportionnel à la distance, mesurée selon la direction du mouvement du corps mobile, qui est existe entre le récepteur optique d'où provient ledit signal électrique et le point de référence du corps fixe, et en faisant la somme algébrique desdits produits - faire la somme desdits signaux électriques - faire le rapport entre ladite combinaison et ladite somme desdits signaux électriques - comparer la valeur obtenue à partir de ce rapport à une échelle prédéterminée de valeurs de référence qui contient une correspondance entre la valeur obtenue à partir dudit rapport et la position du corps mobile.

L'invention a encore pour autre objet un capteur optique pour la détermination de la position d'un corps mobile qui se déplace le long d'une direction rectiligne transversale par rapport à un point de référence d'un corps fixe, caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison - une source de radiation optique collimatée solidaire de l'un desdits corps - une pluralité de récepteurs optiques solidaires de l'autre desdits corps, alignés selon la direction du mouvement du corps mobile, ladite source de radiation collimatée étant placée directement face auxdits récepteurs sans aucun dispositif intermédiaire, et éclairant au moins deux desdits récepteurs - des moyens servant à transformer les intensités de radiation optiques captées par chaque récepteur optique en signaux électriques d'une valeur qui correspond aux intensités de radiations optiques - des moyens servant à exécuter une combinaison desdits signaux électriques en multipliant chacun d'eux par un coefficient proportionnel à la distance, mesurée selon la direction du mouvement du corps mobile, qui existe entre le récepteur optique d'où provient le signal électrique, et le point de référence du corps fixe, et en faisant la somme algébrique desdits produits - des moyens servant à faire la somme dee signaux électriques - des moyens servant à faire le rapport entre ladite combinaison et ladite somme des signaux électriques - des moyens servant a effectuer la comparaison entre la valeur obtenue à partir dudit rapport et une échelle prédéterminée de valeurs de référence qui contient une correspondance entre la valeur obtenue a partir dudit rapport et la position du corps mobile.

Dans une solution préférée, lesdits récepteurs optiques sont placés en contact entre eux
Dans une deuxième solution préférée, lesdits récepteurs optiques sont placés à distance l'un de l'autre.

Les figures du dessin annexé donné uniquement à titre d'exemple feront bien comprendre comment 1 'inven- tion peut être réalisée. Sur ce dessin,
la figure i est un schéma du capteur optique objet de l'invention
les figures la, lb et lc représentent une pre mière, une deuxième et une troisième solutions particulières du capteur optique de la figure i
la figure 2 représente une variante du capteur optique de la figure i
la figure 3 représente un schéma bloc du circuit électrique du capteur objet de l'invention ; et
les figures 3e et 3b représentent des détails de la figure 3.

Le procédé objet de l'invention, servant à déterminer la position d'un corps qui Fe déplace selon une direction rectiligne transversale par rapport à un point d'une référence fixe, est basé essentiellement sur les phases consistant à - associer au corps mobile (ou au corps fixe) une source de radiation optique collimatée qui sera définie dans la suite - associer au corps fixe (ou au corps mobile) des récepteurs optiques alignés selon la direction du mouvement du corps mobile, en contact entre eux ou à distance les une des autres placer la placer la source de radiation optique collimatée direc- tement face aux récepteurs optiques sans aucun dispositif intermédiaire de manière qu'au moins deux récepteurs soient toujours éclairés par la source - transformer les intensités de radiations optiques captées par chaque récepteur optique en signaux électriques d'une valeur qui correspond aux intensités de radiations optiques - combiner lesdits signaux électriques en multipliant chacun d'eux par un coefficient proportionnel à la distance, mesurée selon la direction du mouvement du corps mobile, qui existe entre le récepteur optique d'où provient ledit signal électrique et le point de référence du corps fixe, et en faisant la somme algébrique des deux produits - faire la somme desdits produits - faire le rapport entre ladite combinaison et ladite somme desdits signaux électriques - comparer la valeur obtenue dudit rapport à une échelle prédéterminée de valeurs de référence, qui contient une correspondance entre la valeur obtenue dudit rapport et la position du corps mobile.

Sur la figure 1, le numéro 1 désigne un corps mobile qui se déplace le long d'une direction rectiligne "1" dont on veut connaître la position, et auquel est fixée solidairement une source de radiation collimatée 2.

On entend par radiation optique collimatée une émission de signaux lumineux compris aussi bien dans le spectre visible qu'en dehors de ce spectre et formés par des faisceaux lumineux sensiblement parallèles entre eux.

La source de radiation optique collimatée 2 est formée d'une diode laser 3 et d'une lentille collimatrice .

La diode laser 3, qui est alimentée par l'intermédiaire de fils électriques 5 par une génératrice électrique non visible sur le dessin, et par exemple du type
TOLD 136, de la firme constructrice Toshiba et elle émet une radiation optique dans la direction perpendiculaire à la direction du mouvement du corps mobile 1.

La lentille collimatrice 4 est, par exemple, une lentille cylindrique du type SELFOC (marque de fabrique de la firme Nippon Glass Co.) et elle présente un diamè- tre DL de 3 mm.

Les lentilles du type SELFOC sont des lentilles de forme cylindrique dans lesquelles l'indice de refrac- tion varie avec le carré du rayon du cylindre.

La diode laser 3 est placée au foyer de la lentille collimatrice cylindrique 6 qui est orientée de fason que son axe soit contenu dans la direction perpendiculaire à la direction du corps mobile 1, de manière que sorte de ladite lentille 4, dans la direction perpendiculaire de la direction du mouvement du corps mobile 1, un faisceau de radiation optique collimaté 20 ayant un diamètre DS de 3 mm.

En face de la source de radiation optique collimatée 2 et à une distance "1" d'environ 10 mm de cette source, se trouvent une série de récepteurs optiques Sî,
S2 ... SN solidaires d'un corps fixe 6.

Les récepteurs optiques sont formés par une série de lentilles focalisatrices cylindriques LI, Lî lN du type SELFOC d'un diamètre DR de 2 mm, et d'une série de fibres optiques F1, F2 ... FN, dont les extrémités libres sont placées aux foyers des lentilles focalisatrices Lt, L2 ... LN, tandis que leurs autres extrémités vont à des photodiodes D1, D2 ... DN représentées sur la figure 3.

Les lentilles focalisatrices cylindriques L1, L2 ... LN sont positionnées avec leurs axes perpendiculaires à la direction du mouvement du corps mobile 1 et avec ces mêmes axes alignés selon la direction du mouvement du corps mobile 1.

En outre, ces lentilles focalisatrices LI, L2
... LN sont placées en contact entre elles de manière que leurs surfaces qui font face à la source lumineuse 2, c'est-à-dire les surfaces qui reçoivent la radiation optique, (voir la vue selon le plan A-A de la figure la) soient tangentes entre elles en un point.

Pour des raisons qui seront expliquées plus loin dans une variante représentée sur la figure lb, les lentilles focalisatrices cylindriques sont travaillées, par exemple par meulage,de manière à former deux surfaces planes parallèles symétriques par rapport à leur axe, et les lentilles focalisatrices L1', L2' ... LN' ainsi travaillées sont placées en contact entre elles le long desdites surfaces planes de manière que leurs surfaces qui font face à la source 2 et qui capte la radiation optique
(voir la vue selon le plan A-A de la figure lb) soient en contact entre elles par un côté rectiligne.

Dans une autre variante, représentée sur la figure lo, les lentilles focalisatrices cylindriques sont travaillées, par exemple par meulage, de manière que leur surface qui fait face à la source de radiation 2 forme un rectangle (voir la vue selon le plan A-A de la figure lc) et les lentilles L1", L2" ... LN" sont mises en contact entre elles le long de la grande dimension du rectangle de manière à former une surface réceptrice de radiation optique qui soit uniforme sans espace libre entre deux lentilles adjacentes.

Dans toutes les solutions représentées, la dimension DR des lentilles focalisatrices, mesurée selon la direction du mouvement du corps mobile 1, a été maintenue constante mais il est évident que cette dimension peut varier sans que rien ne change dans le fonctionnement du capteur optique, à part le nombre de récepteurs nécessai res pour mesurer un meme intervalle de déplacement du corps mobile 1.

Les lentilles LI, L2 ... LN (Li't L2' ... LN' et Lui", L2" ... LN") présentent sur leurs surfaces qui re çoivent la radiation optique des centres C1, C2 ... CN
(cor', C2' ... CN' et CI", C2" ... CN") alignés selon la direction du corps mobile et, sur la ligne qui joint ces centres, en particulier au point le plus extérieur de la première lentille Li (lui' et L1"), on choisit un point de référence O (O', O").

Sur la figure 2, sur laquelle les mêmes éléments que ceux de la figure i sont désignés par les mêmes numé- ros de référence, on a représenté une variante du capteur optique objet de la présente invention.

Dans cette variante, il est prévu, associée au corps mobile i, une source de radiation optique collima tée 7 formée par une fibre optique 8 placée au foyer d'une lentille collimatrice biconvexe 9 d'un diamètre BL.

La radiation optique est engendrée par une diode laser placée à distance non visible sur la figure et, avant d'être collimatée par la lentille 9, elle traverse un "mélangeur de modes" 10 dont la fonction sera expliquée dans la suite.

Le mélangeur de modes 10 est formé d'un support cylindrique autour duquel est enroulée une partie de la fibre optique 8.

Comme dans le cas précédent, la lentille collimatrice 9 est positionnée de façon que son axe soit perpendiculaire à la direction du mouvement du corps mobile, de manière que sorte de la source de radiation 7 un faisceau de radiation optique collimaté 21 sensiblement cylindrique, d'un diamètre DS de 9 m, orienté dans la direction perpendiculaire à la direction du corps mobile 1.

Dans cette variante, bien qu'ils restent placés face à la source de radiation optique 7 et alignés selon la direction du mouvement du corps mobile 1 les récepteurs optiques S1, 52 ... SN associés au corps fixe 6 sont espacés l'un de l'autre d'une distance "a" de 3 mm.

Les lentilles focalisatrices L1, L2 ... LN sont cylindriques, du type SELFOC, d'un diamètre DR de 2 mm.

Egalement dans cette variante, on établit un point de référence 0 sur le corps fixe, en particulier sur le point le plus extérieur de la première lentille Lt qui se trouve sur la droite qui joint les centres des lentilles focalisatrices.

Sur la figure 3, on remarquera une série de photodiodes Dl, D2 ... DN auxquelles parviennent les si- gnaux optiques captés par les lentilles focalisatrices Lt, L2 .. LN (lut', L2' ... LN' ; L1", L2" . . . LN") et transportés par les fibres optiques Fl > F2 ... FN.

Les photodiodes D1, D2 ... DN sont reliées aux entrées d'une série d'amplificateurs At, A2 ... AN.

Les sorties des amplificateurs Ai, A2 .... AN sont transmises aux entrées d'un sommateur il et d'un combinateur 12 qui seront décrits de façon plus détaillée dans la suite.

Les sorties du sommateur il et du combinateur 12 sont transmises aux entrées d'un diviseur 13 tandis que la sortie du diviseur 13 est transmise à l'une des entrées d'un comparateur tL à l'autre entrée duquel va une mémoire 15 et, finalement, la sortie du comparateur 14 est transmise à l'entrée d'un instrument indicateur 16.

Sur la figure 3a, on a représenté le sommateur Il de la figure 3, qui est composé d'un nombre N de résistances R, qui sont toutes de la meme valeur. A une extrémité des N résistances R, parviennent les signaux électriques qui proviennent des N amplificateurs At, A2
... AN, tandis que les autres extrémités de ces résistances sont toutes connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 21.

Entre l'entrée de l'amplificateur 21 et sa sortie inverseuse, et entre l'entrée non inverseuse de cet amplificateur 21 et la masse M du circuit, sont respectivement connectées une résistance de contre-réaction et une résistance de masse qui ont toutes deux une valeur égale aux N résistances auxquelles parviennent les signaux d'entrée.

Sur la figure 3b, on a représenté le combinateur 12 de la figure 3, lequel est composé d'un nombre N de résistances d'entrée de différentes valeurs R1, R2
RN. A une extrémité des résistances d'entrée RI, R2
RN, parviennent les signaux qui proviennent des amplificateurs Al, A2 ... AN, tandis que les autres extrémités de ces résistances sont toutes connectées à l'entrée inverseuse d'un amplificateur opérationnel 22.

Entre la sortie de l'amplificateur 22 et son entrée inverseuse et entre l'entrée non inverseuse de ce même amplificateur et la masse M du circuit, sont respectivement connectées une résistance de contre-réaction et une résistance de masse de la meme valeur, ladite valeur étant elle aussi égale à la valeur des résistances du sommateur 11.

Les photodiodes D1, D2 ... DN, les amplificateurs Al, A2 ... AN, 21 et 22, le diviseur 13, le comparateur iL, la mémoire 15 et l'instrument indicateur 16 sont d'un type connu et ne seront donc pas décrits en détail.

Pour expliquer le fonctionnement du capteur optique objet de l'invention, on prendra pour base la disposition des lentilles focalisatrices qui est représentée sur la figure ic, c'est-à-dire celle dans laquelle toutes les lentilles Li", L2" ... LN" forment une surface réceptrice de la radiation optique qui est rectangulaire et uniforme, c'est-à-dire sans aucun espace libre entre deux lentilles adjacentes.

La source de radiation optique collimatée émet un faisceau de radiation optique collimaté 20 sensiblement cylindrique qui possède un diamètre DS de 3 mm.

Ce faisceau collimaté 20 vient tomber sur les lentilles focalisatrices Lui", L2" ... LN" qui sont ali- gnées et juxtaposées selon la direction du mouvement du corps mobile I et qui présentent dans cette direction une dimension DR de 2 mm.

Le faisceau collimaté 20 éclaire donc deux des lentilles focalisatrices L1", L2" ... LN". Etant donné que, pour les besoins de l'invention, il est essentiel que le faisceau collimaté 20 éclaire toujours au moins deux des lentilles focalisatrices Li", L2" ... LN3, les mouvements du corps mobile i sont limités de telle manière que ce faisceau 20 n'aille pas au-delå du point le plus extérieur de la première Li" et de la dernière LN" des lentilles focalisatrices.

La distance maximale qui peut être mesurée par le capteur optique selon l'invention est donc N * DR
DS, où N est le nombre des lentilles focalisatrices et DR et DS sont respectivement les dimensions de chaque lentille et du faisceau collimaté, mesurées dans la direction du mouvement du corps mobile.

En se reportant aux figures 1 et ic, on prend pour base l'état dans lequel le faisceau collimaté 20 place sa génératrice la plus extérieure au droit du point de référence 0".

Dans ces conditions, la lentille L1" est entièrement éclairée, la lentille L2" est éclairée sur la moitié de sa surface qui fait face a la source lumineuse, tandis qu'aucune des autres lentilles ne reçoit de radiation optique. Au fur et à mesure que le corps mobile i se deplace vers la droite par rapport au corps fixe 6, l'intensité de la radiation optique qui est captée par la lentille L1" diminue et celle qui est captée par la lentille L2" augmente, jusqu'à ce que cette dernière prenne une valeur maximale.

Lorsque le mouvement se poursuit, sur un certain déplacement, l'intensité de radiation optique qui est recue par la lentille L2" reste maximale, celle qui est re çue par la lentille L1" continue à diminuer et la lentille L3" commence à recevoir une radiation optique jusqu'à ce que, à un certain point, la lentille L1" ne soit plus éclairée, et ainsi de suite.

Lorsque le corps mobile i se déplace par rapport au corps fixe 6, l'intensité de radiation optique captée par certaines des lentilles focalisatrices L1", L2"
LN" (trois lentilles dans le cas de la figure i) varie en fonction de la position réciproque des deux corps.

La radiation optique captée par chaque lentille est focalisée au propre foyer de cette lentille et, ensuite, transportée dans les fibres optiques F1, F2
FN.

Ces radiations optiques sont transformées par
les photodiodes D1, D2 ... DN en signaux électriques et les amplificateurs Ai, A2 ... AN amplifient ces signaux en engendrant à leurs sorties des signaux électriques V1,
V2 ... VN d'une valeur proportionnelle aux intensités de radiations optiques captées par les lentilles correspondantes L1", L2" ... LN".

Les signaux électriques Vi, V2 ... VN vont aux entrées du sommateur 11 et aux entrées du combinateur 12.

Le combinateur 12 est un circuit multiplicateur -sommateur connu qui donne un signal de sortie dont la valeur, sauf le signe, est égale à la somme des signaux d'entrée Vi, V2 ... VN multipliés par une série de coefficients. Ces coefficients sont égaux au rapport entre la résistance de contre-réaction et la résistance d'entrée
R1, R2 ... RN, auxquelles sont appliqués les signaux d'entrée V1, V2 ... VN, c'est-à-dire
VC = R/R1 * V1 + R/R2 * V2 + ... + R/RN * VN
Maintenant, Si l'on choisit les valeurs des rédistances R, Ri, R2 ... RN de manière telle que les coefficients R/R1, R/R2 ... R/RN soient égaux ou proportionnels à la distance à laquelle les centres C1", C2" ...

CN" des lentilles Li", L2" . . LN" se trouvent du point de référence"0" du corps fixe, le signal de scrtie du combinateur 12 est donné par la somme "pondérée" des signaux d'entrée V1, V2 . .. VN, les poids étant représentés par les distances auxquelles les centres C1", C2" ... CN" des lentilles L1", L2" ... LN" se trouvent du point de référence 0" du corps fixe 6.

Avec ce choix des coefficients R/R1, R/R2
R/RN, il est évident qu'il existe une correspondance univoque entre chaque valeur du signal de sortie DC du combinateur 12 et chaque position du corps mobile 1 par rapport au point de référence O" du corps fixe 6.

Le sommateur 11 est un circuit tout à fait analogue à celui du combinateur 12 mais, ees résistances étant toutes identiques, les coefficients par lesquels les signaux d'entrée V1, V2 ... VN sont multipliés avant d'être ajoutés les une aux autres sont tous égaux à 1, de sorte que la valeur du signal de sortie VS du sommateur il est simplement donnée par la somme des signaux d'entrée c est-à-dire VS = V1 + V2 + ... VN.

Les signaux de sortie VC et VS du combinateur 12 et du sommateur Il sont envoyés au diviseur 13 qui en calcule le rapport en engendrant un signal V = VC/VS.

L'intensité de radiation optique totale captée par les lentilles Lui", L2" .. . LN" étant constante lorsque la position du corps mobile 1 varie par rapport au point de référence 0" du corps fixe 6, le signal électrique correspondant VS qui est la somme des différents signaux électriques V1, V2 ... VN est aussi constant, de sorte qu'à la sortie du diviseur 13, on conserve la correspondance univoque entre chaque valeur du signal électrique V et chaque position du corps mobile 1.

Toutefois, selon l'invention, le signal V obtenu à partir du rapport entre les deux signaux VC et VS est indépendant des fausses variations d'intensité de la source de radiation optique collimatée 2.

En effet, si l'on se rappelle qu'une variation de l'intensité de radiation optique émise par la diode laser 3 d'un certain facteur "x" (par exemple une diminusion de 5 X) a pour résultat que chaque point d'un faisceau optique 20 subit une variation d'intensité de radiation de ce même facteur "x" (c'est-à-dire que chaque point du faisceau optique 20 présente une intensité de radiation diminuée de 5 X) et que les signaux électriques correspondant aux intensités de radiation optiques captées par les lentilles focalisatrices subissent une variation de ce même facteur "x" (c'est-a-dire qu'ils diminuent de 5 X), on en conclut qu'un signal électrique obtenu à partir du rapport entre une combinaison et une somme de ces signaux électriques est indépendant de cette variation.

Par conséquent, le signal électrique V obtenu à partir des signaux VC et VS est indépendant des fausses variation ment pas usinées et sont placées en contact l'une avec 1 autre.

Dans ces cas, l'intensité de radiation optique totale captée par les lentilles en réponse à une variation de la position du corps mobile n'est plus constante, mais elle varie entre une valeur minimale et une valeur maximale avec une allure sensiblement sinusoïdale.

La période de cette forme sinusoïdale est égale à la distance entre les centres de deux lentilles voisines tandis que l'amplitude de cette même forme est proportionnelle à la valeur de l'espace vide compris entre deux lentilles voisines.

De même que dans la solution de la figure 1C, l'espace vide compris entre deux lentilles voisines étant nul, la composante sinusoïdale de la radiation optique totale a une amplitude nulle, (c'est-à-dire) que, ainsi qu'on l'a déjà dit, l'intensité de radiation optique totale est constante), tandis que, dans la solution de la figure 1A, cette composante sinusoïdale a une amplitude supérieure à celle de la figure 1S, puisque l'espace vide compris entre deux lentilles voisines est plus grand.

L'effet final de cette composante du type sinusoidae consiste en ce que la courbe de correspondance "valeur de V - position du corps mobile 1" ntest plus une droite, comme dans le cas idéal de la figure 1, mais une courbe ondulée qui résulte de la superposition d'une droite et d'une courbe sinusoïdale qui a son axe sur la droite.

Ceci entraîne une plus faible précision de la mesure, qui est parfaitement acceptable dans de nombreux cas,mais, si on voulait une meilleure précision, on peut exécuter un tarage initial du capteur optique avec un micrométrie et, dans la mémoire 15, on ne mémorise pas une droite mais une courbe ondulée.

Les considérations qu'on vient de faire sont également valables pour la disposition des lentilles de la figure 2, dans laquelle ces lentilles, tout en étant alignées selon la direction du mouvement du corps mobile sont espacées d'une distance "a1,. Egalement dans ce cas, on a une courbe de correspondance "valeur de V - position du corps mobile" ondulé, l'amplitude de l'ondulation étant plus grande que dans la solution de la figure la.

Dans ce dernier cas, la courbe ondulée étant très éloignée de la droite il est nécessaire de réaliser un tarage initial et la mémorisation de la courbe ondulée dans la mémoire 15.

Cette dernière solution a toutefois l'avantage de permettre de mesurer un même déplacement du corps mobile avec un plus petit nombre de récepteurs optiques et avec des circuits électriques plus simples, comparativement à la solution des figures la, lb et lc.

Egalement dans cette solution, il est nécessaire qu'au moins deux récepteurs S1, S2, ... SN, soient éclairés par la source de radiation optique 7, de sorte que cette source doit engendrer un faisceau optique 21 d'un diamètre DS au moins égal à la somme de la dimension BR de chacune des lentilles focalîsatrices et de deux fois la distance entre lesdites lentilles focalisatrices. En outre, le déplacement maximum mesurable devient N * DR + (N-l)a - DS où "N" est le nombre de récepteurs "DS" est le diamètre du faisceau optique colimaté "DR" est le diamètre des lentilles focalisatrices L1, L2,
... et "a" est la distance entre deux lentilles voisines.

Ainsi qu'on l'a représenté sur la figure 2, la source de radiation optique peut aussi être formée d'une lentille collimatrice cylindrique 9 de type SELFOC et de l'extrémité d'une fibre optique placée au foyer de la lentille, et l'autre bout de la fibre optique 8 étant connecté à une diode laser placée à distance. Ce type de source a l'avantage que le capteur optique est entière- ment exempt de perturbations électromagnétiques mais qu'il pourrait se produire qu'en raison des pliages dus aux mouvements de la fibre optique 8, dont l'extrémité se déplace solidairement avec le corps mobile 1, certains modes de la radiation optique engendrée par la diode la ser placée à distance soient atténués plus que d'autres, de sorte que le faisceau optique 21 > qui sort de la our- ce 7, pourrait subir des variations d'intensité de radiation qui diffèreraient d'un point à l'autre, et qu'il ne serait pas uniforme, comme cela se produit dans le cas où la variation d'intensité se produit en raison de la diode laser.

Pour éviter ce risque, on utilise le mélangeur de modes qui, en égalisant les modes de la radiation optique, maintient l'uniformité de la distribution de l'intensité de radiation optique du faisceau 21.

Ainsi qu'on l'a déjà dit, la source de radiation optique collimatée doit éclairer au moins deux récepteurs optiques et, dans les exemples décrits pour les lentilles juxtaposées, on a choisi un rapport entre le diamètre du faisceau optique collimaté et la dimension de chaque lentille, mesurée selon la direction du corps mobile, égale à 1,5.

De plus grands rapports améliorent la précision de la mesure parce que le nombre des lentilles éclairées par le faisceau étant plus grand, la formation de la somme et la combinaison des signaux sont effectuées sur un plus grand nombre de signaux et ceci réduit l'effet des fluctuations dues à un montage imparfait des composants, à de fausses radiations optiques captées par les lentilles mais qui ne proviennent pas de la source du capteur et au passage du bord du faisceau optique collimaté d'une lentille à la suivante.

Dans les exemples décrits, on a utilisé des lentilles cylindriques du type SELFOC mais il est évident que tout autre type de lentille capable de collimater ou de focaliser une radiation optique donne de bons résultats.

De même, au lieu de rendre la source optique mobile et de maintenir les récepteurs immobiles, on pour rait rendre les récepteurs mobiles et maintenir la source de radiation optique mobile, ce qui compte étant le mouvement réciproque entre la source et les récepteurs optiques.

Finalement, le point de référence du corps fixe peut être choisi en un point quelconque de la droite qui joint les centres des lentille., par exemple, au milieu de la érie des lentilles. Les coefficients de la combination de signaux réalisés par le combinateur devront alors être modifiés en conséquence de façon à être rendus proportionnels à la nouvelle distance entre les centres des lentilles et le nouveau point de référence, à l'aide d'un combinateur différent de celui qui a été décrit.

Il ressort clairement de la description ci-des sus que le procédé et le capteur optique objet; de la présente invention permettent d'atteindre les buts préfixés, qui consistent à rendre la détermination de la position du corps mobile indépendante des faux mouvements de .la plaque codée par rapport au corps mobile et des fausses variations de la source de radiation optique.

Ces buts ont été atteints en éliminant la lame codée, en choisissant une source de radiation optique collimatée et dont le faisceau optique éclaire au moins deux récepteurs optiques ; en plaçant la source optique directement face aux récepteurs optiques, sans aucun dispositif intermédiaire en effectuant une somme et une combinaison entre les signaux électriques qui correspondent aux signaux optiques captés par les récepteurs optiques, ladite combinaison constituant dans la formation de la somme des signaux électriques multipliés par des coefficients appropriés, et en effectuant le rapport entre la combinaison et la somme des signaux électriques.

En particulier, le choix de la source optique collimatée a pour effet que la distance entre la source et les récepteurs n'est pas critique en ce sens que l'intensité de la radiation optique captée par les récepteurs ne dépend pas de cette distance, de sorte que les éven tuels abaissements et déplacements du corps mobile par rapport au corps fixe n'influent pas sur la mesure de la position du corps mobile lui-même.

Il va de eoi que des modifications et variantes pourront etre appportées par l'homme de l'art, notamment par substitution des moyens techniques équivalents, sans pour cela sortir du domaine de l'invention.

Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé pour a détermination de la position d'un corps mobile qui se déplace le long d'une direction rectiligne transversale par rapport à un point de référence d'un corps fixe, caractérisé en ce qu'il comprend les phases suivantes qui consistent à - associer à l'un desdits corps une source de radiation optique collimatée - associer à l'autre desdits corps une pluralité de récepteurs optiques alignés le long de la direction du mouvement du corps mobile - placer la source de radiation optique collimatée directement face aux récepteurs optiques, sans aucun dispositif intermédiaire, de manière qu'au moins deux récepteurs soient toujours éclairés par la source de radiation - transformer les intensités de radiation optiques captées par chaque récepteur optique en signaux électriques d'une valeur correspondante - combiner lesdits signaux électriques en multipliant chacun d'eux par un coefficient proportionnel à la distance, mesurée selon la direction du mouvement du corps mobile, qui est existe entre le récepteur optique d'où provient ledit signal électrique et le point de référence du corps fixe, et en faisant la somme algébrique desdits produits - faire la somme desdits signaux électriques - faire le rapport entre ladite combinaison et ladite somme desdits signaux électriques - comparer la valeur obtenue à partir de ce rapport à une échelle prédéterminée de valeurs de référence qui contient une correspondance entre la valeur obtenue à partir dudit rapport et la position du corps mobile.

2. Capteur optique pour la détermination de la position d'un corps mobile (1) qui se déplace le long d'une direction rectiligne transversale ("r") par rapport à un point de référence (0) d'un corps fixe (2), caractérisé en ce qu'il comprend, en combinaison - une source de radiation optique collimatée (2 ; 7) 50- lidaire de l'un desdits corps - une pluralité de récepteurs optiques (S1, 52 ... SN) solidaires de l'autre desdits corps, alignés selon la direction du mouvement du corps mobile, ladite source de radiation collimatée étant placée directement face auxdits récepteurs sans aucun dispositif intermédiaire, et éclairant au moins deux desdits récepteurs - des moyens (Dl, D2 ... DN) servant à transformer les intensités de radiation optiques captées par chaque récepteur optique en signaux électriques (V1, V2 ... VN) d'une valeur qui correspond aux intensités de radiations optiques - des moyens (12) servant à effectuer une combinaison desdits signaux électriques en multipliant chacun d'eux par un coefficient proportionnel à la distance, mesurée selon la direction du mouvement du corps mobile, qui existe entre le récepteur optique d'où provient le signal électrique, et le point de référence du corps fixe, et en faisant la somme algébrique desdits produits - des moyens (11) servant à faire la somme des signaux électriques - des moyens (13) servant à faire le rapport entre ladite combinaison et ladite somme des signaux électriques - des moyens (lit) servant à effectuer la comparaison entre la valeur obtenue à partir dudit rapport et une échelle prédéterminée de valeurs de référence qui contient une correspondance entre la valeur obtenue à partir dudit rapport et la position du corps mobile.

3. Capteur optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite source de radiation optique collimatée (2) comprend une lentille collimatrice t4) d'ou sort un faisceau collimaté (20) tandis que lesdits récepteurs optiques comprennent des lentilles focalisa trices (L1, L2 ... LN ; L1', L2' ... LN' ; L1", L2" . .

LN") sur lesquelles tombe le faisceau collimaté, lesdites lentilles focalisatrices étant en contact entre elles selon la direction du mouvement du corps mobile.

ó. Capteur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que, dans la direction du mouvement du corps mobile, la dimension DS dudit faisceau collimaté est d'au moins 1,5 fois la dimension DR de chacune desdites lentilles focalisatrices.

5. Capteur optique selon la revendication 3, co- ractérisé en ce que lesdites lentilles collimatrices (L1,

L2 ... LN) présentent des surfaces qui font face à la source de radiation optique collimatée de forme circulaire, lesdites surfaces étant en contact entre elles en un point.

6. Capteur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites lentilles focalisatrices (L1', L2' ... LN') présentent des surfaces qui font face à la source de radiation optique collimatée délimitées par deux arcs de cercle et deux lignes droites, lesdites surfaces étant en contact entre elles le long des lignes droites.

7. Capteur optique selon la revendication 3, caractérisé en ce que lesdites lentilles focalisatrices (L1", L2 ' ... LN") présentent des surfaces qui font face à la source de radiation optique de forme rectangulaire, lesdites surfaces étant en contact entre elles le long de deux côtés du rectangle.

B. Capteur optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite source de radiation optique collimatée (2) comprend une lentille collimatrice (k) d'où sort un faisceau collimaté tandis que lesdits récepteurs optiques comprennent des lentilles focalisatrices (L1, L2 ... LN) sur lesquelles tombe le faisceau collimaté, lesdites lentilles focalisatrices étant espacées l'une de l'autre d'une distance constante selon la direction du mouvement du corps mobile.

9. Capteur optique selon la revendication B, ca ractérisé en ce que la dimension DS dudit faisceau collimaté, selon la direction du mouvement du corps mobile, est au moins égale à 1,5 fois la dimension de chacune desdites lentilles focalisatrices.

10. Capteur optique selon une des revendications 3 à 9, caractérisé en ce que lesdites lentilles focalisatrices sont cylindriques, du type SELFOC.

11. Capteur optique elon la revendication 2, caractérisé en ce que lesdits moyens (12) servant à combiner lesdits signaux électriques comprennent un circuit multiplicateur-sommateur comprenant des résistances d'entrée (R1, R2 ... RN) auxquelles lesdits signaux électriques sont appliqués, et une résistance de contre-réaction (R), lesdites résistances étant dimensionnées de manière que les rapports entre la résistance de contre-réaction (R) et les résistances d'entrée soient proportionnels aux distances entre lesdits récepteurs optiques et ledit point de référence.

12. Capteur optique selon la revendication 2, caractérisé en ce que ladite source de radiation collimatée (7) comprend une diode laser placée à distance, une fibre optique (8) et un mélangeur de modes (10).