FR2769098A1 - Procede et dispositif d'exploitation de signaux doppler laser - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé et des dispositifs d'exploitation de signaux Doppler laser, en particulier dans des anémomètres Doppler laser (ADL) ou des vibromètres. Le but qui consiste à trouver une possibilité simple d'exploitation de signaux Doppler laser, qui conserve les avantages de la démodulation subséquente de fréquence classique et qui permet des mesures momentanées fiables de vitesses et de grandeurs de mouvement dérivées y compris pour de très faibles vitesses et des courants de particules discontinus, est atteint suivant l'invention en ce que, par utilisation d'un anémomètre Doppler laser (ADL) avec filtrage passe-bande et démodulation subséquente de fréquence, il est prévu au moins un système de fréquence orthogonal (6), qui comprend, en tant que succession de quatre intervalles d'état (63) corrélés de manière univoque et réversible, deux fonctions rectangulaires superposées par addition avec déphasage de pi/ 2, un signal de détecteur contenant la fréquence Doppler (fD ) est comparé, après le filtrage passe-bande, en ce qui concerne sa phase, avec les intervalles d'état (63) du système de fréquence orthogonal (6), une variation de la relation des phases par rapport au système de fréquence orthogonal (6) qui déclenche une compensation de la variation de la fréquence Doppler par production d'une fréquence de mixage (fM ) réglée, qui est envoyée dans le ADL (1), et la fréquence de mixage (fM ) réglée est également comparée, en tant qu'équivalent de la fréquence Doppler (fD ), à un système de fréquence orthogonal (6) et est exploitée avec désignation du sens, par suite de la succession univoque et réversible des intervalles d'état (63).

Description

i Procédé et dispositif d'exploitation de signaux Doppler laser

L'invention concerne un procédé et des dispositifs d'exploitation des signaux Doppler laser, en particulier dans des

anémomètres Doppler à laser (ADL) ou des vibromètres.

On propose actuellement sur le marché des appareils Doppler à laser pour la mesure de vitesses et de grandeurs en résultant, telles que la longueur et l'accélération. Ils diffèrent par la construction optique ainsi que par la commande électronique et l'exploitation pour des tâches de mesure -particulières. Les ADL suivant le principe des rayons croisés ou le principe du rayon de référence, qui sont décrits en détail dans Laser und.Optoelektronik 20(3), 1988, pages 73 à 83, constituent des dispositifs optiques connus typiques. Dans la même source est expliquée aussi la distinction suivant le principe de la commande et de l'exploitation, qui s'effectue par la division en procédé homodyne et procédé hétérodyne. Dans les procédés d'exploitation, en raison de la possibilité de démodulation en temps réel du signal Doppler, qui fournit à tout instant un signal analogique avec tension proportionnelle à la vitesse, les procédés Tracker se sont imposés par rapport aux procédés à analyse de

fréquence et procédés par ordinateur.

Le problème technique se trouve en principe dans le fait que la gamme de fréquences à exploiter doit toujours contenir la même largeur

de la fréquence Doppler possible (souvent égale à plusieurs MHz).

D'autre part le rapport signal/bruit (SNR) est inversement proportionnel à la largeur de bande de filtre. C'est pourquoi la largeur de bande de filtre doit être maintenue aussi étroite que possible. Dans les appareils à laser hétérodynes ceci peut être réalisé simplement en raison de la déviation de fréquence, par la démodulation subséquente de fréquence décrite par DURST et al. (dans: Theorie und Praxis der Laser-Doppler-Anemometrie, G. Braun Verlag, Karsruhe, 1987, pages 284 à 290). Il s'est avéré particulièrement avantageux de recourir dans ce cas à un procédé dit Tracker hétérodyne

offset (ouvrage cité, page 285).

Une démodulation subséquente de fréquence de ce type est constituée en principe d'un mélangeur de fréquences, d'un filtre passe- bande (filtre FI), d'un discriminateur de fréquence ou d'un discriminateur de phase, d'un intégrateur et d'un oscillateur commandé

en tension (VCO), qui est couplé en retour au mélangeur de fréquences.

Le signal Doppler est mélangé dans ce cas au signal de sortie du VCO, et le signal de mixage en résultant avec deux bandes latérales est filtré en bande étroite sur la fréquence intermédiaire. Les variations de la fréquence Doppler sont compensées dans le circuit de régulation esquissé ci-dessus par variation de la fréquence VCO. L'intégrateur règle dans ce cas le comportement transitoire et la

stabilité du circuit de régulation.

Dans les ADL hétérodynes on utilise pour la démodulation subséquente de fréquence, le décalage de fréquence, qui en règle générale est très constant, et on utilise un filtre passe-bande avec la fréquence de décalage en tant que fréquence centrale. La fréquence du VCO est réglable de manière variable pour la compensation d'un déplacement Doppler, au moyen d'un discriminateur. On distingue des

discriminateurs de fréquence et des discriminateurs de phase.

Dans le discriminateur de fréquence, chaque variation de la fréquence Doppler produit une tension d'erreur proportionnelle à celle- ci, car la fréquence intermédiaire est précisément modifiée de la valeur du déplacement Doppler. Avec la tension d'erreur à la sortie du discriminateur, le VCO ajuste sa fréquence, jusqu'à ce que la fréquence intermédiaire coïncide à nouveau avec la fréquence centrale

du filtre passe-bande.

L'inconvénient du discriminateur de fréquence réside dans le fait que le domaine linéaire de la caractéristique tension-fréquence a des limites relativement étroites, de sorte que de grandes variations de la fréquence Doppler ne sont pas suffisamment compensées par le VCO. Des systèmes d'exploitation de signaux, qui fonctionnent avec des différences de phase, utilisent des discriminateurs de phase. Dans ce cas le signal de sortie du filtre passe-bande est d'abord converti

pratiquement en un signal rectangulaire, dans un limiteur d'amplitude.

Le signal de sortie du discriminateur de phase est le produit de deux signaux rectangulaires. Il correspond à la fréquence centrale double (fréquence de résonance), lorsque la fréquence intermédiaire est égale à la fréquence centrale du filtre passe-bande. Si la fréquence intermédiaire s'écarte, l'intégrateur produit une tension d'erreur, qui corrige le réglage du VCO. L'inconvénient des discriminateurs de phase réside dans leur fragilité à l'égard de petites fluctuations de phase, qui sont causées par le temps de passage fini de particules dispersées dans le volume de mesure. De ce fait, dans le cas d'ensembles de particules de dispersion, qui traversent le volume de mesure avec une relation des phases différente, on enregistre un déplacement Doppler variable, même dans le cas d'une vitesse constante

des ensembles.

En outre il a été développé un procédé Tracker également pour des ADL homodynes. Vilshurt et Rizzo (J. Physics E: Sci. Instruments 8, 47) ont décrit un procédé d'exploitation dit autodyne, dans lequel le signal de réception, qui porte la fréquence Doppler, est mélangé séparément à deux composantes d'un signal VCO, qui sont déphasées de 90 . Avec dans chaque cas un passe-bas, la composante haute fréquence des signaux de mixage est éliminée, avant que chacun des signaux de mixage soit mélangé à l'autre signal, guidé par un organe de différenciation, et il est déterminé la moyenne des résultats de la multiplication par un amplificateur d'addition. Ce procédé Tracker a pour inconvénient, outre un rapport signal/bruit plus bas par rapport aux Tracker hétérodynes, notamment le fait qu'il ne peut être utilisé pour de petites fréquences Doppler, car l'élimination par filtrage de la bande latérale parasite n'est alors plus possible, sans couper le signal Doppler. On n'obtient de toute façon des résultats précis dans ce cas que si le domaine du déplacement Doppler probable est préalablement connu, s'il ne varie pas par sauts et si l'on ne doit

pas s'attendre à des coupures de courte durée du signal Doppler.

Les coupures de signaux citées en dernier en présence de courants discontinus ou de mouvements de particules constituent le défaut général des procédés connus de démodulation subséquente de fréquence, qui altère de manière capitale la précision ou la stabilité

de la fréquence Doppler.

Par ailleurs des solutions pour ADL modulés en phase font partie de l'état de la technique, dont on citera à titre d'exemple DE 195 37 647 A1 car il y est procédé à une double modulation optique remarquable avec deux fréquences de modulation couplées de manière fixe en phase et en fréquence, d'un rapport de fréquence entier ainsi que l'exploitation d'une bande latérale, le déplacement Doppler maximal prévisible devant être pris en compte pour la largeur de bande

du passe-bande fixé à un multiple commun des fréquences de modulation.

De ce fait le rapport signal/bruit s'altère forcément.

L'invention a pour but de trouver une possibilité simple d'exploitation des signaux Doppler laser, qui présente les avantages de la modulation subséquente de fréquence classique et qui permette des mesures momentanées fiables de vitesses et de grandeurs de mouvement dérivées y compris pour de très petites vitesses et des

courants de particules discontinus.

Suivant l'invention ce but est atteint avec un procédé d'exploitation de signaux Doppler laser, avec utilisation d'un anémomètre Doppler-laser (ADL) avec filtrage passe-bande et modulation subséquente de fréquence, pour la compensation des variations de la fréquence Doppler, concernant le filtrage passe-bande, en ce qu'il est produit au moins un système de fréquence orthogonal, qui est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, en ce qu'il est converti en un système de fonctions rectangulaires et transféré, par superposition additive en une suite récurrente de 2 X de quatre intervalles d'état corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état étant affectées des limites d'intervalle sous la forme de sauts de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées avec un écart de n/2, en ce qu'un signal de détecteur contenant la fréquence Doppler est comparé, après le filtrage passe-bande, en ce qui concerne sa phase, avec les intervalles d'état du système de fréquence orthogonal, une variation de la relation des phases par rapport au système de fréquence orthogonal, qui contient au moins un saut et donc une transition vers un autre intervalle d'état, déclenchant ladite compensation de la variation de fréquence Doppler par production d'une fréquence de mixage réglée, qui est envoyée dans l'ADL, et la fréquence de mixage réglée est analysée également avec un système de fréquence orthogonal et comparée, la fréquence de mixage elle-même étant enregistrée en tant qu'équivalent de la fréquence Doppler et exploitée, avec désignation du sens, par suite de la suite univoque réversible des

intervalles d'état.

Le système de fréquence orthogonal est avantageusement composé de deux fonctions rectangulaires avec amplitudes différentes, pour la reconnaissance non-équivoque du sens de la variation de la fréquence Doppler, une fonction rectangulaire avec une amplitude double de l'autre étant de préférence évaluée et du fait des sauts des fonctions rectangulaires produisant une suite périodique d'intervalles d'état en tant que superposition de fonctions rectangulaires, de sorte que les valeurs des intervalles d'état varient différemment à distance de x/2

et se répétant dans la même suite seulement après 2x.

I1 est intéressant dans ce cas que le système de fréquence orthogonal soit produit par division de fréquence à partir d'un oscillateur. On obtient un autre avantage si pour le balayage du signal de détecteur pour la régulation de la fréquence de mixage et pour le balayage de la fréquence de mixage réglé, on utilise un seul et même système de fréquence orthogonal, pour la détermination de la fréquence

Doppler instantanée.

Dans un ADL homodyne, après un filtrage passe-haut des signaux de détecteur, la fréquence Doppler est avantageusement mélangée électroniquement à la fréquence de mixage réglée ainsi qu'une fréquence Doppler déphasée de n/2 est électroniquement mélangée à une fréquence de mixage réglée déphasée de 7/2, deux canaux de signaux étant produits qui contiennent deux bandes latérales de la fréquence Doppler, les deux canaux de signaux sont à nouveau réunis par addition ou soustraction subséquentes, l'une des deux bandes latérales étant éliminée, la bande latérale restante est comparée au système de fréquence orthogonal en vue de la régulation de la fréquence de mixage et la fréquence de mixage réglée est analysée avec le système de

fréquence orthogonal pour l'exploitation de la fréquence Doppler.

Des réalisations avantageuses de l'invention sont possibles de

différentes manières avec des ADL hétérodynes.

D'une part la fréquence de mixage réglée est mélangée

électroniquement de préférence juste avant le filtre passe-bande.

Comme deuxième possibilité dans un ADL hétérodyne avec décalaqe de fréquence, la fréquence de mixage est utilisée de manière appropriée directement pour la régulation du décalage de fréquence et la fréquence de décalage réglée est comparée au système de fréquence

orthogonal pour l'exploitation de la fréquence Doppler.

La troisième variante est utilisée dans un ADL hétérodyne avec modulation de phase optoélectronique en vue de la production des rayons d'émission de l'ADL, dans lequel au moins un rayon d'émission est modulé sous forme sinusoïdale avec deux fréquences de modulation différentes, qui sont couplées en phase et en fréquence et dont une est un multiple entier de l'autre fréquence, il est procédé à un filtrage passe-bande avec un multiple commun des deux fréquences de modulation, et sur les deux bandes latérales, consécutives à la modulation de phase, il est procédé à une suppression de bande latérale unique par réglage approprié de l'écart de phase des deux fréquences de modulation. Dans ce cas la fréquence de mixage réglée est avantageusement utilisée pour la commande des fréquences de modulation de phase et est comparée en même temps que l'une des fréquences de modulation de phase couplées avec le système de fréquence orthogonal, en vue de l'exploitation de la fréquence Doppler. En perfectionnant l'invention dans l'ADL hétérodyne avec décalage de fréquence, la commande de la fréquence de décalage peut

avantageusement s'effectuer de manière électro-optique ou acousto-

optique, afin de compenser la variation de la fréquence Doppler par un

décalage de bande de base.

Deux autres formes de réalisation, suivant l'invention, d'ADL

hétérodyne s'obtiennent pour des ADL à rayon de référence.

Dans un ADL à rayon de référence dans lequel est produit un décalage de fréquence dans au moins l'un des rayons de mesure et de référence, le rayon de référence étant directement reproduit sur le détecteur de l'ADL, le rayon de mesure est orienté vers un objet de mesure et la lumière du rayon de mesure, dispersée sur les particules de l'objet de mesure, est superposée sur le même détecteur avec le rayon de référence, et un signal de superposition découlant de la lumière du rayon de référence et du rayon de mesure, est exploité quant à un décalage Doppler de la fréquence, on utilise de préférence la fréquence de mixage réglée par l'oscillateur commandé en tension, en vue de la régulation du décalage de fréquence de l'ADL, la fréquence de décalage étant adaptée pour la compensation de la variation de la fréquence Doppler, et la fréquence de décalage réglée étant comparée au système de fréquence orthogonal pour l'exploitation

de la fréquence Doppler.

Dans un ADL à rayon de référence, dans lequel est produite une modulation de phase dans au moins l'un des rayons de mesure et de référence, le rayon de référence étant directement reproduit sur le détecteur de l'ADL, le rayon de mesure est dirigé sur un objet de mesure, la lumière dispersée sur des parcelles de l'objet de mesure est superposée sur le même détecteur avec le rayon de référence, et un signal de superposition provenant de la lumière du rayon de référence et du rayon de mesure est analysé en ce qui concerne le déplacement Doppler, on conduit de manière appropriée une modulation de phase optique au moyen de deux fréquences de modulation sinusoïdales différentes, qui sont couplées de manière fixe en phase et en fréquence et dont une est un multiple entier de l'autre fréquence, on filtre avec un filtre passe- bande avec un multiple commun des deux fréquences de modulation, une suppression de bande unilatérale étant effectuée au niveau de deux bandes latérales se produisant par suite de la modulation de phase, au moyen d'un réglage approprié de la déviation de phase des deux fréquences de modulation, on utilise la fréquence de mixage réglée par l'oscillateur commandé en tension en vue de la commande des fréquences de modulation de phase et on compare celle-ci au système de fréquence orthogonal en vue de l'exploitation

de la fréquence Doppler.

De manière avantageuse, avec les ADL à rayon de référence suivant l'invention on observe des parcelles d'objet d'une surface oscillante. Dans ce cas on détermine de manière appropriée des incréments de longueur des oscillations de la surface par comptage des intervalles d'état balayés des systèmes de fréquence orthogonaux, une mémorisation intermédiaire des valeurs de comptage étant effectuée et les chiffres du compteur étant enregistrés avec un taux de balayage approprié. A partir des valeurs de comptage des incréments de longueur on détermine de préférence le spectre des fréquences des oscillations et/ou on calcule les amplitudes des oscillations ou l'ensemble du

parcours des oscillations.

Le but précité est atteint suivant l'invention avec un ADL homodyne à modulation subséquente de fréquence, dans lequel une variation d'une fréquence Doppler, incluse dans le signal de détecteur, est constamment compensée au moyen d'une boucle de régulation, le signal de détecteur étant partagé dans la boucle de régulation en deux voies de signaux et les deux voies de signaux contenant les mélangeurs électroniques pour le mixage du signal de détecteur divisé avec deux signaux de sortie, déphasés de x/2, d'un oscillateur commandé en tension et les deux voies de signaux sont réunies après les mélangeurs, sur un organe d'addition, dont la sortie est reliée, par l'intermédiaire d'un intégrateur, à l'oscillateur commandé en tension, en ce que pour la division du signal du détecteur dans les deux voies de signaux est prévu un déphaseur de x/2, deux signaux de détecteur déphasés de x/2 étant reliés aux signaux déphasés de l'oscillateur commandé en tension dans chacun un mélangeur, et les sorties des mélangeurs étant reliées à l'organe d'addition, en ce que l'organe d'addition est relié, côté sortie, par l'intermédiaire d'un filtre passebande à bande étroite, à un comparateur phase/fréquence pour la comparaison du signal de mixage avec un système de fréquence orthogonal, en ce que le système de fréquence orthogonal est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties dans un système de fonctions rectangulaires, et contient une suite récurrente de 2 X de quatre intervalles d'état, corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état étant affectées des limites d'intervalle sous la forme de sauts respectivement de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées par addition, avec un écart de x/2, en ce que le comparateur phase/fréquence est relié, par l'intermédiaire de l'intégrateur à l'oscillateur commandé en tension, la fréquence de sortie de l'oscillateur commandé en tension étant modifiée pour chaque dépassement d'une limite d'intervalle d'état du système de fréquence orthogonal, en ce que le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension est en même temps une grandeur de mesure exploitable, considérée comme équivalente de la variation de la fréquence Doppler, et en ce que pour l'exploitation de la grandeur de mesure pour la variation de la fréquence Doppler est prévu un autre comparateur phase/fréquence, auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension et également un système de fréquence orthogonal, en vue de l'exploitation de la relation des phases de la grandeur de mesure en ce qui concerne le nombre et la direction des intervalles d'état du système de fréquence orthogonal subissant le

balayage.

D'une manière appropriée un filtre passe-haut est placé devant

le déphaseur, avant la division du signal du détecteur.

En outre le but de l'invention est atteint avec un ADL hétérodyne avec démodulation subséquente de fréquence, dans lequel est prévue une boucle de régulation pour la compensation des variations de la fréquence Doppler, la boucle de régulation comportant, après un filtre passe-bande, un discriminateur de phase, un intégrateur et un oscillateur commandé en tension, et étant renvoyée à un mélangeur de fréquence électronique, avant le filtre passe-bande, de sorte qu'à l'entrée du filtre passe- bande est toujours réglé un signal de mixage de fréquence constante provenant de la fréquence Doppler et d'une fréquence de mixage réglée, en ce qu'on utilise comme discriminateur de phase un comparateur phase/fréquence pour la comparaison du signal de mixage, que le filtre passe-bande a laissé passer, avec un système de fréquence orthogonal, en ce que le système de fréquence orthogonal est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties dans un système de fonctions rectangulaires, et contient une suite récurrente de 2 X de quatre intervalles d'état, corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état étant affectées des limites d'intervalles sous la forme de sauts respectivement de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées par addition, avec un écart de x/2, en ce qu'il est prévu un autre comparateur phase/fréquence pour l'exploitation de la fréquence Doppler, auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension en tant qu'équivalent de la variation de la fréquence Doppler et qui est pourvu également d'un système de fréquence orthogonal en tant que base de comparaison pour l'exploitation de la relation des phases en ce qui concerne le nombre et la direction des intervalles d'état du système de fréquence

orthogonal subissant le balayage.

Suivant l'invention le but de l'invention est en outre résolu avec un ADL hétérodyne à démodulation subséquente de fréquence dans lequel est prévue une boucle de régulation pour la compensation des variations de la fréquence Doppler, la boucle de régulation comportant, après un filtre passe-bande, un discriminateur de phase, un intégrateur et un oscillateur commandé en tension, et étant renvoyée à un mélangeur de fréquence, de sorte qu'à l'entrée du filtre passe-bande est toujours réglé un signal de mixage de fréquence constante provenant de la fréquence Doppler et d'une fréquence de mixage réglée de l'oscillateur commandé en tension, en ce que on utilise comme discriminateur de phase un comparateur phase/fréquence pour la comparaison du signal de mixage, que le filtre passe-bande a laissé passer, avec un système de fréquence orthogonal, en ce que le système de fréquence orthogonal est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties dans un système de fonctions rectangulaires, et contient une suite récurrente de 2 x de quatre intervalles d'état, corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état étant affectées des limites d'intervalle sous la forme de sauts respectivement de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées par addition, avec un écart de c/2, en ce que, en tant que mélangeur de fréquence pour la régulation du signal d'entrée du filtre passe-bande, l'unité de décalage de fréquence de 1'ADL est conçue commandable, le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension étant utilisé directement pour la commande de la fréquence de décalage, et en ce qu'il est prévu un autre comparateur phase/fréquence pour l'exploitation de la fréquence Doppler, auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension en tant qu'équivalent de la variation de la fréquence Doppler et qui est pourvu également d'un système de fréquence orthogonal en tant que base de comparaison pour l'exploitation de la relation des phases concernant le nombre et la direction des intervalles d'état du système de fréquence orthogonal

subissant le balayage.

Dans ce cas au moins un cristal de Bragg au moins est prévu pour la commande du décalage de fréquence ou pour la commande du décalage

de fréquence est utilisé un modulateur de phase électro-optique.

Une autre solution suivant l'invention du problème posé est obtenue avec un ADL hétérodyne à modulation de phase optique dans lequel les lumières d'au moins deux rayons partiels cohérents se superposent sur des objets de mesure déplacés, dispersant la lumière, après qu'au moins l'un des rayons partiels a traversé un modulateur de phase, et au moins des composantes des rayons partiels parviennent en tant que lumière dispersée sur au moins un détecteur, au modulateur de phase étant envoyés deux signaux de commande sinusoïdaux avec des fréquences et des amplitudes différentes, qui sont couplés fixement en phase et en fréquence et pour lesquels une fréquence est un multiple

entier de l'autre, en aval du détecteur est disposé un filtre passe-

bande avec une fréquence de filtrage, qui est un multiple commun des deux fréquences du modulateur de phase, et dans le signal, à la sortie du filtre passe-bande, l'une de deux bandes latérales, formées à la suite de la double modulation de phase, est supprimée par réglage de la déviation de phase des signaux de commande du modulateur de phase, et la bande latérale restante est exploitée en tant que signal de mixage avec la fréquence Doppler, en ce que le filtre passe-bande est à bande étroite et une boucle de régulation est prévue pour la compensation des variations de la fréquence Doppler, en ce que la boucle de régulation comporte après le filtre passe-bande, un discriminateur de phase, un intégrateur et un oscillateur commandé en tension, l'oscillateur commandé en tension influençant les fréquences de modulation de phase sur le modulateur de phase, de sorte qu'à l'entrée du filtre passe-bande est toujours réglé un signal de mixage de fréquence constante provenant de la fréquence Doppler et d'un multiple de la fréquence de modulation de phase réglée par l'oscillateur commandé en tension, en ce que comme discriminateur de phase on utilise un comparateur phase/fréquence pour la comparaison du signal de mixage, que le filtre passe-bande a laissé passer, avec un système de fréquence orthogonal, en ce que le système de fréquence orthogonal est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties dans un système de fonctions rectangulaires, et contient, par superposition additive de focntions, une suite récurrente de 2 x de quatre intervalles d'état, corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état étant affectées des limites d'intervalle sous la forme de sauts respectivement d'une des deux fonctions rectangulaires superposées avec un écart de w/2, en ce qu'il est prévu un autre comparateur phase/fréquence pour l'exploitation de la fréquence Doppler, auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension en tant qu'équivalent de la variation de]la fréquence Doppler et qui est pourvu également d'un système de fréquence orthogonal en tant que base de comparaison pour l'exploitation de la relation des phases en ce qui concerne le nombre et la direction des intervalles d'état du système

de fréquence orthogonal ayant subi le balayage.

Pour tous les ADL suivant l'invention il est avantageux de prévoir pour la production du système de fréquence orthogonal un

oscillateur avec diviseur de fréquence subséquent et déphaseur de %/2.

Dans ce cas un diviseur à quadrature 1:4, qui est disposé en aval de

l'oscillateur, est particulièrement avantageux.

Dans tous les ADL suivant l'invention i]l est en outre intéressant que le comparateur phase/fréquence comporte, pour produire la fréquence de mixage réglée, à sa sortie, uniquement un signal de direction par lequel un échelon de tension associé, voisin, est disponible pour le VCO, à la sortie d'intégrateur suivante. De préférence en aval de l'autre comparateur phase/fréquence est disposé, pour l'exploitation de la fréquence Doppler, un compteur auquel est une impulsion de comptage envoyée en supplément d'un signal de direction de l'autre comparateur phase/fréquence, le compteur détectant la grandeur de l'écart de la fréquence Doppler dans les transitions d'intervalles du système de fréquence orthogonal.

Dans les ADL hétérodynes il est intéressant, pour des applications déterminées, que l'ADL soit construit en tant que ADL dit à rayon de référence, la lumière d'un laser étant partagée en un rayon de mesure et un rayon de référence, le rayon de référence étant envoyé directement au détecteur, le rayon de mesure étant reproduit sur un objet, la lumière du rayon de mesure dispersée sur des parcelles de l'objet étant superposée sur ce même détecteur avec le rayon de référence et le signal de superposition ainsi produit étant exploitable en ce qui concerne la fréquence Doppler, la fréquence Doppler étant à son tour comparée en tant que signal de mixage réglé, à la sortie de l'oscillateur commandé en tension de la boucle de

régulation, au système de fréquence orthogonal.

Une application avantageuse de l'ADL à rayon de référence s'obtient lorsque l'objet de mesure est une surface oscillante sur laquelle le rayon de mesure arrive pratiquement perpendiculairement et pour l'exploitation sont disposés en aval de l'autre comparateur phase/fréquence, un compteur, un oscillateur de balayage, une mémoire intermédiaire et une unité d'exploitation, à la sortie du compteur le nombre d'intervalles d'état balayés du système de fréquence orthogonal étant disponible comme valeurs de comptage ordonnées par sens, l'oscillateur de balayage disposant d'une fréquence de balayage pour le stockage intermédiaire des valeurs de comptage ordonnées dans le temps et l'unité d'exploitation présentant différents modes d'édition pour des paramètres des mouvements d'oscillation mesurés de la surface. L'idée de base de l'invention consiste à améliorer le filtrage à bande étroite du signal du récepteur ADL connu pour améliorer le rapport signal/bruit, y compris de la boucle de régulation introduite (démodulation subséquente de fréquence) en vue de compenser les variations de la fréquence Doppler, de manière que des coupures de signaux de courte durée ou des sauts de phase, dus à des particules ou des ensembles de particule détectés simultanément dans le volume de mesure ne conduisent pas à fausser la fréquence Doppler mesurée. A cet effet le système de fréquence orthogonal suivant l'invention a été introduit en tant que discriminateur de phase, qui comporte de manière inhérente une corrélation de sens univoque et réversible des variations de la fréquence Doppler par suite d'intervalles d'état définis et qui assure qu'un signal de commande n'est déclenché en vue de la compensation d'une variation de la fréquence Doppler que si la relation des phases du signal de mixage, contenant la fréquence Doppler, dépasse une limite d'intervalle d'état. De ce fait des coupures de signaux ou des sauts de la relation des phases du signal de mixage ne peuvent pas causer d'erreurs dans la commande de la boucle de régulation et le signal de sortie de l'oscillateur commandé en tension (VCO) peut être directement exploité en tant qu'équivalent de la fréquence Doppler instantanée. Pour l'exploitation on utilise de préférence aussi un système de fréquence orthogonal présentant les mêmes propriétés, bien qu'on puisse recourir pour cela aussi à

d'autres procédés d'analyse de fréquence avec le même résultat.

Pour le transfert du procédé, les avantages du procédé sont combinés suivant l'invention avec des particularités de différents types d'ADL en ce que des unités existantes influençant la fréquence, telles que le décalage de fréquence ou des modulateurs de phase, sont utilisés directement pour la commande de la fréquence pour un décalage de bande de base ou latérale en vue de la compensation des décalages Doppler. Avec le procédé suivant l'invention et son transfert dans différents types d'ADL, il est possible de modifier une boucle de régulation connue en soi par les procédés dits Tracker de la démodulation subséquente de fréquence, de manière qu'un décalage de la fréquence Doppler soit toujours compensé et qu'ainsi soit mesurées de manière momentanée et fiable des vitesses et des grandeurs de mouvement dérivées, y compris pour des objet de mesure extrêmement lents ou des courants de particules discontinus. L'invention peut être

appliquée aussi bien à des ADL homodynes qu'à des ADL hétérodynes.

L'invention est décrite ci-après plus en détail en référence à

des exemples de réalisation.

La fig. 1 représente un ADL avec circuit de régulation suivant l'invention la fig. 2 représente un type avantageux de production d'intervalles d'état du système de fréquence orthogonal la fig. 3 représente une variante de l'invention à titre d'ADL homodyne la fig. 4 représente une réalisation de l'invention à titre d'ADL hétérodyne avec décalage de fréquence la fig. 5 représente un développement de l'invention à titre d'ADL hétérodyne avec double modulation de phase la fig. 6 représente une forme de réalisation de l'invention à

titre d'ADL hétérodyne à rayon de référence (vibromètre).

Le procédé suivant l'invention repose sur le principe de base d'un ADL avec démodulation subséquente de fréquence, dans lequel des signaux Doppler laser de surfaces ou de particules dispersantes et qui se déplacent, sont produits de manière classique avec un ADL et sont filtrés en bande étroite pour améliorer le rapport signal/bruit, la fréquence Doppler étant mélangée à une fréquence de mixage réglée, en vue de l'adaptation du signal de détecteur à la fréquence centrale du filtre passe-bande, de sorte qu'en cas de variations de la fréquence Doppler il se produit toujours une compensation de cette variation par réajustement du réglage de la fréquence de mixage et le signal de détecteur mixé est renvoyé à la fréquence centrale. Suivant l'invention, pour détecter les variations de la fréquence du signal de détecteur mixé et pour déterminer la fréquence Doppler - il est produit au moins un système de fréquence orthogonal, sur la base des étapes suivantes: production d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, transfert dans un système de fonctions rectangulaires et superposition des fonctions rectangulaires en une suite récurrente de 2n de quatre intervalles d'état corrélés de manière univoque et réversible, les limites d'intervalle étant affectées aux sauts des deux fonctions rectangulaires avec un écart de x/2, -- le signal de détecteur contenant la fréquence Doppler est comparé en ce qui concerne sa relation des phases aux intervalles d'état du système de fréquence orthogonal, une variation de la relation des phases, qui contient au moins un saut et donc une transition d'un intervalle d'état à un autre, déclenchant la compensation nécessaire de la variation de fréquence Doppler par production de la fréquence de mixage réglée, et la fréquence de mixage réglée est balayée avec un système de fréquence orthogonal et comparée, la fréquence de mixage elle-même étant enregistrée en tant qu'équivalent de la fréquence Doppler et étant exploitée avec désignation du sens par suite de la suite

univoque et réversible des intervalles d'état.

Le procédé décrit est illlustré ci-après à l'aide de différents

dispositifs ADL.

Exemple 1

Sur la fig. 1 est représenté un ADI, 1 suivant l'invention selon le principe des rayons croisés fréquemment utilisé. Dans ce cas la lumière produite par le laser 11 est pourvue, après production de son rayon partiel, dans une unité de décalage de fréquences 12, d'une fréquence de décalage foffget des rayons partiels les uns par rapport aux autres, et est orientée, au moyen d'une optique 14, en tant que rayons d'émission Si et S2, vers des particules objets déplacés, dispersant la lumière, dont la vitesse doit être mesurée et qui doivent être repérées dans leur ensemble, dans le volume de mesure, en

tant qu'objet de mesure 2.

La lumière dispersée, provenant en retour de l'objet de mesure 2, est rassemblée avec la même optique 14 et guidée sur le détecteur , un mélangeur de fréquence 4 étant disposé après le détecteur 15, devant un filtre passe-bande 3, de manière que le filtre passe-bande 3 filtre en bande étroite la fréquence intermédiaire entre la fréquence de décalage foff..t, une fréquence de mixage fi et la fréquence Doppler f,. Pour maintenir la fréquence Doppler fD avec ses variations toujours à proximité de la fréquence centrale passe-bande (qui correspond à la fréquence de décalage fofft), la fréquence de mixage fN est réglée dans une boucle de régulation 5 de manière compensée par rapport à la

fréquence de décalage foffs.t (démodulation subséquente de fréquence).

La boucle de régulation 5 contient suivant l'invention un comparateur phase/fréquence (PFC) 51, qui détecte des écarts de la relation des phases du signal de mixage que le filtre passe-bande 3 a laissé passer, par rapport à un système de fréquence orthogonal 6 donné de manière fixe, un intégrateur 52 ainsi qu'un oscillateur commandé en tension (VCO) 53. Le système de fréquence orthogonal 6 est avantageusement produit au moyen d'un oscillateur 61 et d'un déphaseur 62, l'oscillateur 61 délivrant un signal So(fo), à partir duquel le déphaseur 62 met à disposition les signaux So(fo) et So(fo+X/2) à titre

de fonctions rectangulaires.

Su la fig. 2 est représenté selon une variante avantageuse le système de fréquence orthogonal 6, qui est essentiellement produit à partir d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, converti en fonctions rectangulaires et superposé par addition. Grâce à l'évaluation différente des amplitudes de la fonction sinus avec Ai,, = 2 (LSB - LOw Significant Bit) et de la fonction cosinus avec Ao, - 21 (MSB - Most Significant bit) on obtient des valeurs chiffrées Z pour les intervalles d'état 63, qui varient d'elles mêmes à l'intérieur d'une période, de manière différente, lorsqu'est dépassée une limite d'intervalle 64, suivant que le dépassement s'effectue vers le haut (vers la droite) ou vers le bas

(vers la gauche).

Pour la comparaison dans le PFC 51, en considérant la relation des phases d'un flanc, par exemple croissant, du signal Doppler (nécessairement avec coupure d'amplitude et donc pratiquement rectangulaire), les trois groupes suivants de transition d'état selon la fig. 2 sont donc possibles: Ancien état Nouvel état Résultats /fet

0 0

1 1 Aucun changement d'un intervalle d'état 63 2 2 Aucun signal de sortie sur le PFC 51

3 3

O 2

1 0 Déphasage du signal Doppler vers le haut; 2 3 Sortie de signal "u" (up) sur le PFC 51

3 1

1 3 Déphasage du signal Doppler vers le bas; 2 0 Sortie de signal "d" (down) sur le PFC 51

3 2

Comme on peut le voir des lignes 2 et 3 du tableau ci-dessus, chacune des transitions entre les intervalles d'état 63 est affectée de manière univoque et réversible du sens du dépassement des limites d'intervalle 64. Il est à noter en outre que pour les petites variations de la relation des phases du signal Doppler, qui se déplacent à l'intérieur d'un intervalle d'état 63 de x/2 du système de fréquence orthogonal 6, aucun signal n'est produit pour la variation

de la fréquence de mixage f.

Le signal. de sortie du PFC 51 est encore utilisé selon la fig.] par l'intermédiaire d'un intégrateur 52, qui procède à une conversion des signaux de commande u/d du PFC 51 en une tension de sortie réglée par paliers et qui, suivant le signal de commande u/d à son entrée, avance ou recule respectivement d'un palier de tension, pour la commande adaptée du VCO 53. Plus exactement on n'a pas nécessairement besoin en cet endroit de l'intégrateur 52, mais seulement d'un commutateur de tension avec paliers de tension présélectionnés, car le PFC 51 détecte lui-même les transitions de phase déjà dans des

intervalles de x/2.

Avec le signal de sortie de l'intégrateur 52, le VCO 53 est commandé et modifie sa fréquence de manière connue, qui par la suite est acheminée en tant que fréquence de mixage fM vers le mélangeur électronique 4, disposé devant le filtre passe-bande 3, en vue de la compensation des variations de la fréquence Doppler fD. La boucle de

régulation 5 est ainsi fermée.

Le principal avantage du PFC 51 en tant que discriminateur de la boucle de régulation 5 se manifeste, en coopération avec le système de fréquence orthogonal 6 suivant l'invention, en ce que chaque variation de la fréquence Doppler fD ne produit un signal de sortie sur le PFC 51 que si une limite d'intervalle 64 est dépassée lors de la comparaison des phases de la fréquence de mixage f,, fournie par le VCO 53, par rapport aux intervalles d'état 63 du système de fréquence orthogonal 6. Ceci signifie d'une part qu'une variation de la fréquence Doppler fD ne déclenche une opération de régulation que si la variation est suffisamment importante, de sorte que l'intervalle d'état 63 se modifie, et d'autre part que chaque saut de phase encore suffisamment grand (déclenché par exemple par des courants discontinus de particules) déclenche une régulation défectueuse d'au maximum un palier de régulation sur le VCO 53, et ensuite le PFC 51 poursuit à nouveau aussitôt le processus de régulation avec des signaux de sens

u/d corrects.

Pour l'exploitation on utilise suivant l'invention la fréquence de mixage fM délivrée par le VCO 53, dans un autre comparateur phase/fréquence (PFC) 7. Cette fréquence de mixage fM est équivalente à la fréquence Doppler fD momentanée, à cause du filtrage passe-bande pour la fréquence de décalage foff..t et du filtrage de la bande latérale Sn(f0 + fofet.t - fN). On a ainsi une fréquence qui suit de façon fiable

les variations effectives de la fréquence Doppler f,.

Suivant l'invention i] est particulièrement avantageux que la fréquence de mixage fN soit balayée également avec un système de fréquence orthogonal 6. On utilise judicieusement dans ce cas - comme le montre la fig. 1 - le même oscillateur 61 et le même déphaseur 62 que pour le PFC 51. Le PFC 7 complémentaire délivre en cas de déphasages qui dépassent au moins une limite d'intervalle 64 des intervalles d'état 63 du système de fréquence orthogonal 6, aussi bien une impulsion de comptage clk qu'une impulsion de sens u/d, pour chaque transition d'un intervalle d'état 63 à un autre. Un compteur 8 reçoit ces deux impulsions de comptage, pour les additionner en fonction du sens, de sorte qu'une unité d'exploitation/d'affichage 9 située en aval peut traiter et délivrer ces valeurs de comptage en

tant que valeurs de vitesse ou grandeurs de déplacement dérivées.

Exemple 2

Sur la fig. 3 est décrit un dispositif qui a pour objet un ADL homodyne. Dans ce cas sont nécessaires d'autres modifications, suivant l'invention, d'ADL connus, pour pouvoir appliquer le système de fréquence orthogonal 6 à la détection des phases, en partant du

principe de base de la démodulation subséquente de fréquence.

Comme le montre la fig. 3, l'ADL 1 ne comporte qu'un laser 11 et un système optique 14 et donc pas de décalage de fréquence. Les rayons d'émission Sl et S2, provenant de la division du rayon, sont orientés comme dans le premier exemple - dans une géométrie à rayons croisés, sur l'objet de mesure 2, de sorte que la lumière dispersée est reçue et convertie de manière usuelle par le détecteur 15. A la

suite du détecteur 15, il est disposé de préférence un filtre passe-

haut 31, afin d'éliminer la composante de lumière constante.

Au lieu du mélangeur électronique 4, utilisé dans le premier exemple, il faut dans ce cas un réseau plus grand, avant qu'un signal Doppler mélangé puisse être filtré sur le filtre passe--bande 3. La

boucle de régulation 5 est donc conçue comme suit.

Comme connu de l'ADL hétérodyne de l'exemple 1, le filtre passe-

bande 3 est d'abord raccordé à un PFC 51, qui est suivi d'un intégrateur 52 et du VCO 53 et qui fait usage de la même manière du

système de fréquence orthogonal 6.

Pour le mélange par multiplication, le signal de détecteur, que le filtre passe-haut 31 a laissé passer, est maintenant divisé, suivant l'invention, par un déphaseur 54, en deux voies de signaux, qui sont déphasés de i/2. Un autre déphaseur 55 partage le signal VCO en deux branches de signaux déphasés de x/2 l'une par rapport à l'autre. Dans un mélangeur 56, les signaux non déphasés provenant du VCO 53 et du filtre passe-haut 31, sont respectivement réunis, et un mélangeur 57 mélange les signaux déphasés de x/2 provenant des déphaseurs 54 et 55. Les sorties des deux mélangeurs 56 et 57 sont reliées à un organe d'addition 58, ce qui donne lieu à une suppression de bande latérale unique des deux bandes latérales formées, provenant des signaux de mixage et du signal Doppler. L'avantage de cette boucle de régulation 5 reliée à un réseau réside dans le fait que la sélection de bandes latérales ne s'effectue pas au moyen du filtre passe-bande 3, mais au moyen d'un effacement à la suite d'une relation des phases différentes des signaux de mixage provenant des mélangeurs 56 et 57. Il ne reste plus au filtre passe-bande 3 qu'à améliorer le rapport signal/bruit de la bande latérale Se (f, - fD) et à l'envoyer

au PFC 51 - comme dans le premier exemple -.

Pour l'exploitation, le signal VCO, c'est-à-dire la fréquence de mixage fN, parvient à nouveau dans l'autre PFC 7 et est comparé avec le même système de fréquence orthogonal 6 qui est utilisé aussi dans le PFC 51. En cas de déphasage entre la fréquence de mixage fM et le système de fréquence orthogonal 6, le PFC 7 produit chaque fois une impulsion de comptage clk par dépassement d'une limite d'intervalle 64 ainsi que des impulsions de sens u/d, qui sont additionnées suivant le sens par un compteur 8 subséquent et qui sont traitées par une unité d'exploitation/affichage 9 en vue de l'édition de données de

déplacement de l'objet de mesure 2.

Exemple 3

Le dispositif représenté sur la fig. 4 est un ADL hétérodyne 1 avec décalage de fréquence, la lumière laser du laser 11 traversant, après la division du rayon, une unité de décalage de fréquence 12, avant d'être à nouveau dirigée au moyen d'une optique 14, en tant que rayons d'émission S1 et S2, à nouveau suivant la disposition à rayons croisés préférable, vers un point de mesure et est acheminée depuis l'objet de mesure 2 en tant que lumière dispersée, vers le détecteur

15.

Le signal de détecteur S0(fof..ft + fo) préamplifié et converti est filtré en bande étroite dans le filtre passe-bande 3 et transformé en signaux rectangulaires. La boucle de régulation 5 traite le signal de sortie du filtre passe-bande 3 d'abord comme dans le premier exemple,

par l'intermédiaire d'un PFC 51, d'un intégrateur 52 et d'un VCO 53.

Après cela le signal de sortie du VCO 53 est toutefois utilisé pour commander directement l'unité de déviation de fréquence 12, le VCO 53 fournissant la fréquence de décalage foffs.t. Il se produit ainsi un décalage de bande de base en fonction de la variation de la fréquence Doppler fD, l'avantage particulier de cette forme de réalisation résidant dans le fait que la fréquence VCO commandée ne devient jamais nulle, même lorsque la fréquence Doppler fD tend vers zéro. Sont ainsi supprimés les problèmes alors classiques avec des petites vitesses, même les vitesses qui tendent vers zéro ou qui conduisent directement

à l'arrêt sont détectées de façon fiable.

L'exploitation s'effectue de la même manière que dans les exemples 1 et 2 par comparaison de la fréquence VCO avec le système de fréquence orthogonal 6; il est à signaler que la fréquence VCO, traitée dans l'autre PFC 7, est identique à la fréquence de décalage foff..t et donc seules ses variations sont équivalentes aux variations de la fréquence Doppler fD. Ceci ne pose toutefois aucun problème, si

le point zéro est calibré une fois.

Exemple 4 La fig. 5 montre un ADL hétérodyne 1 avec modulation de phase, qui se fonde sur le principe de la double modulation connue par le DE

37 647 C1.

L'ADL 1 est constitué dans ce cas d'un laser 11, dont la lumière est divisée en rayons partiels, traverse un modulateur de phases optique 13, au moins un rayon partiel étant modulé avec deux fréquences de modulation différentes, qui sont couplées entre elles de manière fixe en phase et en fréquence et dont une est un multiple entier de l'autre fréquence de modulation, et est dirigée ensuite, comme il est d'usage dans les dispositions à rayons croisés, au moyen d'un système optique 14, sous la forme de deux rayons d'émission Si et S2, sur l'objet de mesure 2. La lumière dispersée des rayons d'émission S1 et S2 est captée de manière connue par le détecteur 15, dont le signal de sortie est dirigé vers le filtre passe-bande 3. La boucle de régulation 5 contient, comme dans les exemples précédents, en aval du filtre passe-bande 3, un PFC 51, un intégrateur 52 et un VCO 53, le PFC 51 comparant de la môme manière le signal provenant du

filtre passe-bande 3, au système de fréquence orthogonal 6.

Le signal de sortie du VCO 53 fournit, dans cette variante de l'invention, une fréquence, désignée par fréquence de modulation de

phase fph, qui sert de fréquence de commande au modulateur de phase]3.

Etant donné que le modulateur de phase 13 a besoin de deux fréquences de modulation couplées de manière fixe, comme décrit ci-dessus, on utilise de préférence un diviseur de fréquence 16, afin de produire, à partir de la fréquence de modulation de phase fph, fournie par le VCO 53, les deux fréquences de modulation dépendantes. A cet effet la fréquence de modulation de phase fph est divisée le plus simplement par deux dans le diviseur de fréquence 16, la fréquence de modulation de phase fph étant égale au double de la fréquence de modulation de phase fp,/2 et satisfaisant donc les conditions pour la double modulation de phase. La modulation de la lumière du laser 11 s'effectue de préférence au moyen d'un modulateur de phase 13 électro-optique, qui est avantageusement une puce optique intégrée (IOC). Une variante intéressante pour le modulateur de phase 13 est constituée par un cristal de Bragg, pour lequel toutefois des variations d'angle survenant en supplément doivent être compensées optiquement. On peut

utiliser par ailleurs des modulateurs de phase acousto-optiques.

Comme grandeur d'exploitation pour la fréquence Doppler fD, on utilise comme dans tous les exemples précédents, la fréquence de

sortie du VCO 53, dans ce cas la fréquence de modulation de phase fh.

Dans ce cas on utilise à nouveau de préférence le système de fréquence orthogonal 6 décrit ci-dessus comme base de comparaison, dans l'autre PFC 7, selon l'exemple 1, les signaux de sortie u/d et clk sont comptés dans le compteur 8 et traités et affichés dans l'unité

d'exploitation/édition 9.

Exemple 5

Sur la fig. 6 est représenté un dispositif suivant l'invention, qui concerne l'utilisation d'un ADL hétérodyne 1 en tant que vibromètre. Avec un vibromètre on mesure les fréquences d'oscillation et/ou les amplitudes d'oscillation de surfaces vibrantes. Comme forme de réalisation de cet ADL 1 particulier, on applique le procédé à rayons de référence. L'ADL à rayons de référence 1 représenté de manière schématique comporte, outre le laser 11, une unité de calage de fréquence 12, la fréquence de décalage foct ainsi produite étant la condition préalable nécessaire pour pouvoir détecter des mouvements vers l'avant et vers l'arrière. Au moyen de l'optique 14, qui dans ce cas présente une forme un peu particulière pour permettre le guidage différent d'un rayon de référence Sref et d'un rayon de mesure S.e, le rayon de référence S.f est directement guidé vers le détecteur 15, le rayon de mesure S.eB sur l'objet de mesure 2 et la lumière du rayon de mesure S..e, dispersée sur les parcelles de]l'objet de mesure, est reproduite sur le même détecteur 15 et superposée au rayon de référence Sr.f. Le signal de sortie du détecteur 15 traverse le filtre passe-bande 3 de manière usuelle et, comme dans tous les exemples précédents, il est guidé vers la boucle de régulation 5 suivant l'invention, constituée du PFC 51, qui exécute la comparaison suivant l'invention avec le système de fréquence orthogonal 6, de l'intégrateur 52 et du VCO 53. Comme dans l'exemple 3, le signal de sortie du VCO 53 met à disposition la fréquence de décalage foffset pour l'unité de décalage de fréquence 12, et ferme ainsi la boucle de régulation 5 et constitue en même temps la grandeur de mesure équivalente à la variation de la fréquence Doppler fD, qui est acheminée vers l'autre PFC 7, pour la comparaison avec le système de fréquence orthogonal 6. A la sortie du comparateur, des signaux d'impulsion clk et des signaux de sens u/d sont produits à chaque dépassement d'une limite d'intervalle 64 du système de fréquence orthogonal 6, en comparaison avec le signal VCO équivalent à la fréquence Doppler, les signaux d'impulsion clk ayant dans leur succession la signification d'incréments de longueur du mouvement de la surface vibrante de l'objet de mesure 2, car l'écart des limites d'intervalle 64 en fonction de la fréquence f0 du système de fréquence orthogonal 6 est exactement connue et constante. Le compteur 8 compte les incréments de longueur en fonction du changement du signal de sens u/d. Dans une mémoire intermédiaire 81 disposée en aval, les incréments de longueur sont régulièrement mémorisés à une fréquence de balayage fA, qui est réglable en fonction de la précision voulue et en fonction de la fréquence de vibration de la surface oscillante, dans un oscillateur de balayage 82, et sont mis à la disposition de l'unité d'exploitation/édition 9. Différentes représentations des données mémorisées peuvent y être produites. Il est avantageusement procédé à une opération FFT (transformation de Fourier rapide) avec représentation du spectre de fréquence ou représentation dans le temps

du parcours des oscillations avec calcul des amplitudes d'oscillation.

Les différentes données momentanées de déplacement de la surface

vibrante peuvent ainsi être éditées et affichées suivant les besoins.

Claims (29)

REVENDICATIONS

1. Procédé d'exploitation de signaux Doppler laser par

utilisation d'un anémomètre Doppler laser (ADL) avec filtrage passe-

bas et démodulation subséquente en fréquence en vue de la compensation

des variations de la fréquence Doppler concernant le filtrage passe-

bas caractérisé en ce que - au moins un système de fréquence orthogonal (6) est produit, qui est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus, qui est converti en un système de fonctions rectangulaires et transféré en une suite récurrente de 2x de quatre intervalles d'état (63) corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état (63) étant affectées des limites d'intervalle (64) sous la forme de sauts de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées de manière additionnelle avec un écart de n/2, - un signal de détecteur contenant la fréquence Doppler (fD) est comparé, après le filtrage passe-bande, en ce qui concerne sa phase aux intervalles d'état (63) du système de fréquence orthogonal (6), une variation de la relation des phases par rapport au système de fréquence orthogonal (6), qui contient au moins un saut et donc une transition vers un autre intervalle d'état (63), déclenchant la dite compensation de la variation de fréquence Doppler par production d'une fréquence de mixage (fM) réglée, qui est envoyée dans l'ADL (1), et - la fréquence de mixage (fM) réglée est analysée avec un système

de fréquence orthogonal (6) et comparée, la fréquence de mixage elle-

même étant enregistrée en tant qu'équivalent de la fréquence Doppler (fD) et étant exploitée avec désignation du sens par suite de la

succession univoque et réversible des intervalles d'état (63).

2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de fréquence orthogonal (6) pour la reconnaissance univoque du sens de la variation de la fréquence Doppler (fD) est composé de deux fonctions rectangulaires avec amplitude différente, l'une des fonctions rectangulaires étant évaluée avec une amplitude supérieure, de préférence double de l'autre fonction rectangulaire, et les sauts des deux fonctions rectangulaires donnant lieu à une succession périodique d'intervalles d'état (63) en tant que superposition des fonctions rectangulaires de sorte que les valeurs des intervalles d'état (63) varient différemment avec un écart de n/2 et ne se

répètent dans la même succession qu'après 2t.

3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le système de fréquence orthogonal (6) est produit par division de fréquence à partir d'un oscillateur (61).

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que pour le balayage du signal de détecteur pour la régulation de la fréquence de mixage et pour le balayage de la fréquence de mixage (fM) réglée on utilise le même système de fréquence orthogonal (6) pour déterminer la

fréquence Doppler (fD).

5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un ADL homodyne - après un filtrage passe-haut il est procédé à un mixage électronique de la fréquence Doppler (fD) avec la fréquence de mixage (fM) ainsi que d'une fréquence Doppler (fD) déphasée de n/2 avec une fréquence de mixage (fM) déphasée de x/2, deux canaux de signaux étant produits qui contiennent deux bandes latérales de la fréquence Doppler (fD), - les deux canaux de signaux sont à nouveau réunis par addition ou soustraction subséquente, l'une des deux bandes latérales étant éliminée, - la bande latérale restante est comparée au système de fréquence orthogonal (6) en vue de la régulation de la fréquence de mixage et - la fréquence de mixage (fM) réglée est balayée avec le système de fréquence orthogonal (6) pour l'exploitation de la fréquence

Doppler (fD).

6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un ADL hétérodyne (1), la fréquence de mixage (fM) réglée est

ajoutée directement avant le filtre passe-bas (3).

7. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un ADL hétérodyne avec décalage de fréquence - la fréquence de mixage réglée est utilisée en tant que fréquence de décalage (fotffet) en vue de la commande du décalage de fréquence du ADL (1) et - la fréquence de décalage (foffset) réglée est comparée au système de fréquence orthogonal (6) en vue de l'exploitation de la fréquence

Doppler (fD)-

8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que dans le cas d'un ADL hétérodyne avec modulation de phase opto-éléectronique en vue de la production des rayons d'émission du ADL (1), - au moins un rayon d'émission (Sl; S2) est modulé sous forme sinusoïdale avec deux fréquences de modulation différentes, qui sont couplées en phase et en fréquence et dont une est un multiple entier de l'autre fréquence, - il est procédé à un filtrage passe-bande pour un multiple commun des deux fréquences de modulation, et sur les deux bandes latérales, consécutives à la modulation de phase, il est procédé à une suppression de bande latérale unique par réglage approprié de l'écart de phase des deux fréquences de modulation, la fréquence de mixage réglée est utilisée en tant que fréquence de modulation de phase (fpt) en vue de la commande de la modulation de phase double lors de la production des rayons d'émission (S1; S2) et - la fréquence de modulation de phase (fph) réglée est exploitée avec le système de fréquence orthogonal (6) en vue de l'exploitation

de la fréquence Doppler (fD).

9. Procédé selon la revendication 7, caractérisé en ce que dans le cas d'un ADL à rayon de référence, - il est produit un décalage de fréquence dans au moins l'un des rayons de mesure et de référence (Sm(; Sref), le rayon de référence (Sref) étant reproduit directement sur le détecteur (15) de l'ADL (1), - le rayon de mesure(S.() est orienté vers un objet de mesure (2) et la lumière du rayon de mesure (S<), dispersée sur des parcelles de l'objet de mesure, est superposée sur le même détecteur (15) avec le rayon de référence (Sref), - le signal de superposition est exploité quant à un décalage de la fréquence Doppler (fD) - la fréquence de mixage réglée est utilisée en tant que fréquence de décalage (foffet) pour la commande du décalage de fréquence de l'ADL à rayon de référence, la fréquence de décalage (foffset) compensant des variations de la fréquence Doppler (fD) et - la fréquence de décalage (foffset) réglée est comparée au système de fréquence orthogonal (6) en vue de l'exploitation de la fréquence Doppler (fD)-

10. Procédé selon la revendication 7 ou 9, caractérisé en ce que

la fréquence de décalage (foffset) est produite de manière acousto-

optique, un décalage de la bande de base étant effectué, pour

compenser la variation de la fréquence Doppler (fD).

11. Procédé selon la revendication 7 ou 9, caractérisé en ce que

la fréquence de décalage (foffset) est produite de manière électro-

optique, un décalage de la bande de base étant effectué pour compenser

la variation de la fréquence Doppler.

12. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que dans le cas d'un ADL à rayon de référence, la lumière laser est partagée en un rayon de mesure et un rayon de référence (Sa(, Sref), le rayon de référence (S,,É) étant reproduit directement sur le détecteur (15) de l'ADL (1), le rayon de mesure étant orienté vers un objet de mesure (2) et la lumière du rayon de mesure (Sac), dispersée sur des parcelles de l'objet de mesure, étant superposée sur le même détecteur (15) avec le rayon de référence (Srer), et le signal de superposition étant exploité quant à un décalage de la fréquence Doppler (fD), - dans au moins l'un des rayons de mesure et rayons de référence (S(e, Sref) il est procédé à une modulation de phase optique, la modulation s'effectuant avec deux fréquences de modulation sinusoïdales différentes, qui sont couplées fixement en phase et en fréquence et dont l'une est un multiple entier de l'autre fréquence de modulation, - il est procédé à un filtrage passe-bande pour un multiple commun des deux fréquences de modulation, une suppression de bande latérale unique étant effectuée sur les deux bandes latérales, se produisant à la suite de la modulation de phase, par réglage approprié de la déviation de phase des deux fréquences de modulation, - la fréquence de mixage est utilisée pour la commande de la modulation de phase, la fréquence de modulation de phase (fph) étant adaptée pour la compensation de la variation de la fréquence Doppler (fD), et - la fréquence de modulation de phase (fph) réglée est comparée au système de fréquence orthogonal (6) en vue de l'exploitation de la

fréquence Doppler (fD).

13. Procédé selon la revendication 9 ou 12, caractérisé en ce que des parcelles d'objet d'une surface oscillante sont observées.

14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que des incréments de longueur des oscillations de surface sont déterminés par comptage des intervalles d'état (63) du système de fréquence orthogonal (6) subissant un balayage, un stockage intermédiaire des valeurs de comptage étant effectué et l'affichage du compteur étant

enregistré avec un taux de balayage approprié.

15. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que le spectre de fréquences des oscillations est déterminé à partir des

valeurs de comptage des incréments de longueur.

16. Procédé selon la revendication 14, caractérisé en ce que les amplitudes des oscillations ou le parcours d'ensemble des oscillations est calculé à partir des valeurs de comptage des incréments de longueur.

17. Anémomètre Doppler à laser homodyne avec démodulation subséquente de fréquence dans lequel une variation d'une fréquence Doppler contenue dans le signal de détecteur est compensée en permanence au moyen d'une boucle de régulation, le signal de détecteur étant partagé en deux voies de signaux dans la boucle de régulation et les voies de signaux contenant des mélangeurs électroniques pour le mixage du signal de détecteur divisé avec deux signaux de sortie, déphasés de n/2, d'un oscillateur commandé en tension et les deux voies de signaux étant réunies après les mélangeurs, sur un organe d'addition, dont la sortie est reliée, par un intégrateur, à l'oscillateur commandé en tension, caractérisé en ce que - pour la division du signal de détecteur dans les deux voies de signaux il est prévu un déphaseur n/2 (54), deux signaux de détecteur déphasés de i/2 étant reliés aux signaux déphasés de l'oscillateur (53) commandé en tension dans un mélangeur respectif (56; 57), et les sorties des mélangeurs (56; 57) étant reliées à l'organe d'addition

(58),

- l'organe d'addition (58) est relié côté sortie par l'intermédiaire d'un filtre passe-bande (3) à bande étroite, avec un comparateur phase/fréquence (51) pour la comparaison du signal de mixage avec un système de fréquence orthogonal (6), - le système de fréquence orthogonal (6) est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties dans un système de fonctions rectangulaires, et contient une suite récurrente de 2 a de quatre intervalles d'état (63), corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état (63) étant affectées des limites d'intervalle (64) sous la forme de sauts de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées par addition, avec un écart de n/2 - le comparateur phase/fréquence (51) est relié, par l'intermédiaire de l'intégrateur (52) à l'oscillateur (53) commandé en tension, la fréquence de sortie de l'oscillateur (53) commandé en tension étant modifiée pour chaque dépassement d'une limite d'intervalle d'état (64) du système de fréquence orthogonal (6) - le signal de sortie de l'oscillateur (53) commandé en tension est une grandeur de mesure équivalente en vue de la variation de la fréquence Doppler (fD), et - pour l'exploitation de la grandeur de mesure pour la variation de la fréquence Doppler il est prévu un autre comparateur phase/fréquence (7), auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur (53) commandé en tension et également un système de fréquence orthogonal (6), en vue de l'exploitation de la relation des phases de la grandeur de mesure concernant le nombre et le sens des intervalles d'état (63) du système de fréquence orthogonal (6)

subissant le balayage.

18. Anémomètre Doppler selon la revendication 17, caractérisé en ce qu'un filtre passe-haut (31) est placé devant le déphaseur (54),

avant la division du signal du détecteur.

19. Anémomètre Doppler à laser hétérodyne avec démodulation subséquente de fréquence, dans lequel est prévue une boucle de régulation pour la compensation des variations de la fréquence

Doppler, la boucle de régulation comportant, après un filtre passe-

bande, un discriminateur de phase, un intégrateur et un oscillateur commandé en tension, et étant renvoyée à un mélangeur de fréquence électronique, avant le filtre passe-bande, de sorte qu'à l'entrée du filtre passe-bande est toujours réglé un signal de mixage de fréquence constante provenant de la fréquence Doppler et d'une fréquence de mixage réglée, caractérisé en ce que - on utilise comme discriminateur de phase un comparateur phase/fréquence (51) pour la comparaison du signal de mixage, que le filtre passe-bande (3) a laissé passer, avec un système de fréquence orthogonal (6), - le système de fréquence orthogonal (6) est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties dans un système de fonctions rectangulaires, et contient une suite récurrente de 2 X de quatre intervalles d'état (63), corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état (63) étant affectées des limites d'intervalles (64) sous la forme de sauts de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées par addition, avec un écart de n/2, - il est prévu un autre comparateur phase/fréquence (7) pour l'exploitation de la fréquence Doppler, auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur (53) commandé en tension en tant qu'équivalent de la variation de la fréquence Doppler (fD) et qui est pourvu également d'un système de fréquence orthogonal (6) en tant que base de comparaison pour l'exploitation de la relation des phases concernant le nombre et le sens des intervalles d'état (63), du système de

fréquence orthogonal (6), subissant le balayage.

20. Anémomètre Doppler à laser hétérodyne avec démodulation subséquente de fréquence, dans lequel est prévue une boucle de régulation pour la compensation des variations de la fréquence

Doppler, la boucle de régulation comportant, après un filtre passe-

bande, un discriminateur de phase, un intégrateur et un oscillateur commandé en tension, et étant renvoyée à un mélangeur de fréquence, de sorte qu'à l'entrée du filtre passe-bande est toujours réglé un signal de mixage de fréquence constante provenant de la fréquence Doppler et d'une fréquence de mixage réglée de l'oscillateur commandé en tension, caractérisé en ce que - on utilise comme discriminateur de phase un comparateur phase/fréquence (51) pour la comparaison du signal de mixage, que le filtre passe-bande (3) a laissé passer, avec un système de fréquence orthogonal, - le système de fréquence orthogonal (6) est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties en un système de fonctions rectangulaires, et contient une suite récurrente de 2 n de quatre intervalles d'état (63), corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état (63) étant affectées des limites d'intervalles (64) sous la forme de sauts de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées par addition, avec un écart de n/2, - comme mélangeur de fréquence pour la régulation du signal d'entrée du filtre passe-bande (3), l'unité de décalage de fréquence (12) de 1'ADL est conçue de manière gouvernable, le signal de sortie de l'oscillateur (53) commandé en tension étant utilisé directement pour la commande de la fréquence de décalage (foffset), et - il est prévu un autre comparateur phase/fréquence (7) pour l'exploitation de la fréquence Doppler, auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur (53) commandé en tension en tant qu'équivalent de la variation de la fréquence Doppler (fD) et qui est pourvu également d'un système de fréquence orthogonal (6) en tant que base de comparaison pour l'exploitation de la relation des phases concernant le nombre et le sens des intervalles d'état (63) du système de

fréquence orthogonal (6), ayant subi le balayage.

21. Anémomètre Doppler selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'est prévu, pour la commande du décalage de fréquence, au moins

un cristal de Bragg.

22. Anémomètre Doppler selon la revendication 20, caractérisé en ce qu'est prévu, pour la commande du décalage de fréquence, au moins

un modulateur de phase électro-optique (13).

23. Anémomètre Doppler à laser hétérodyne avec modulation de phase optique, dans lequel la lumière d'au moins deux rayons partiels cohérents se superpose sur des objets de mesure déplacés, dispersant la lumière, après qu'au moins l'un des rayons partiels a traversé un modulateur de phase, et dans lequel au moins des composantes des rayons partiels parviennent en tant que lumière dispersée sur au moins un détecteur, deux signaux de commande sinusoïdaux avec des fréquences et des amplitudes différentes étant envoyés au modulateur de phase, signaux qui sont couplés fixement en phase et en fréquence et pour lesquels une fréquence est un multiple entier de l'autre, en aval du détecteur est disposé un filtre passe-bande avec une fréquence de filtrage, qui est un multiple commun des deux fréquences du modulateur de phase, et dans le signal, à la sortie du filtre passe-bande, l'une de deux bandes latérales, formées a la suite de la double modulation de phase, est supprimée par réglage de la déviation de phase des signaux de commande du modulateur de phase, et la bande latérale restante est exploitée en tant que signal de mixage avec la fréquence Doppler, caractérisé en ce que - le filtre passe-bande (3) est à bande étroite et une boucle de régulation (6) est prévue pour la compensation des variations de la fréquence Doppler (fD),

- la boucle de régulation (5) comporte, après le filtre passe-

bande (3), un discriminateur de phase, un intégrateur (52) et un oscillateur (53) commandé en tension, l'oscillateur (53) commandé en tension influençant les fréquences des signaux commande au modulateur de phase (13), de sorte qu'à l'entrée du filtre passe-bande (3) est toujours réglé un signal de mixage de fréquence constante provenant de la fréquence Doppler (fD) et d'une fréquence de phase (fph) réglée par l'oscillateur (53) commandé en tension, - comme discriminateur de phase on utilise un comparateur phase/fréquence (51) pour la comparaison du signal de mixage, que le filtre passe-bande (3) a laissé passer, avec un système de fréquence orthogonal (6), - le système de fréquence orthogonal (6) est constitué d'une fonction sinus et d'une fonction cosinus de même fréquence, qui sont converties en un système de fonctions rectangulaires, et contient une suite récurrente de 2 X de quatre intervalles d'état (63), corrélés de manière univoque et réversible, aux intervalles d'état (63) étant affectés des limites d'intervalles (64) sous la forme de sauts de l'une des deux fonctions rectangulaires superposées par addition, avec un écart de t/2, - pour l'exploitation de la fréquence Doppler (fD) est prévu un autre comparateur phase/fréquence (7), auquel est envoyé le signal de sortie de l'oscillateur (53) commandé en tension en tant qu'équivalent de la variation de la fréquence Doppler (fD) et qui est pourvu également d'un système de fréquence orthogonal (6) en tant que base de comparaison pour l'exploitation de la relation des phases concernant le nombre et le sens des intervalles d'état (63) du système de

fréquence orthogonal (6), ayant subi le balayage.

24. Anémomètre Doppler selon l'une des revendications 17, 19, 20

ou 23, caractérisé en ce que pour produire le système de fréquence orthogonal (6) est prévu un oscillateur (61) avec diviseur de

fréquence subséquent et déphaseur de x/2 (62).

25. Anémomètre Doppler selon la revendication 24, caractérisé en ce que pour produire le système de fréquence orthogonal (6) un

diviseur de quadrature 1:4 est disposé en aval de l'oscillateur (61).

26. Anémomètre Doppler selon l'une des revendications 19, 20 ou

23, caractérisé en ce que le comparateur phase/fréquence (51) comporte, pour produire la fréquence de mixage réglée, à sa sortie, uniquement un signal de sens au moyen duquel, sur l'intégrateur (52) subséquent, il est possible de régler un état de suite dépendant du sens des échelons de tension équidistants, qui sert de signal de

commande actuel à l'oscillateur (53) commandé en tension.

27. Anémomètre Doppler selon l'une des revendications 19, 20 ou

23, caractérisé en ce qu'en aval de l'autre comparateur phase/fréquence (7) est disposé, pour l'exploitation de la fréquence Doppler, un compteur (8) auquel est envoyée en supplément à un signal de direction, une impulsion de comptage de l'autre comparateur phase/fréquence (7), en vue de la production de la fréquence de mixage réglée, alors que s'applique, à l'entrée du compteur (8), à chaque dépassement d'une limite d'intervalle (64) du système de fréquence orthogonal (6), dans l'autre comparateur phase/fréquence (7), une impulsion de comptage (clk), qui représente un incrément de la

variation de la fréquence Doppler (fD).

28. Anémomètre Doppler selon l'une des revendications 19, 20 ou

23, caractérisé en ce que l'ADL est construit suivant un principe de rayon de référence, la lumière d'un laser étant partagée en un rayon de mesure (Se() et un rayon de référence (Sref), le rayon de référence (Sref) étant envoyé directement au détecteur (15), le rayon de mesure (Sne() étant reproduit sur un objet de mesure, la lumière du rayon de mesure (S() dispersée sur des parcelles de l'objet de mesure, étant superposée sur ce même détecteur (15) avec le rayon de référence (Sref) et le signal de superposition étant exploitable en ce qui concerne la

fréquence Doppler (fD).

29. Anémomètre Doppler selon la revendication 28, caractérisé en ce que l'objet de mesure (2) est une surface oscillante et en aval de l'autre comparateur phase/fréquence (7) sont disposés un compteur (8), une mémoire intermédiaire (81), un oscillateur de balayage (82) et une unité d'exploitation (9), à la sortie du compteur le nombre d'intervalles d'état du système de fréquence orthogonal (6), subissant un balayage, étant disponible comme valeurs de comptage ordonnées par sens, l'oscillateur de balayage (82) disposant d'une fréquence de balayage (fA) pour le stockage intermédiaire des valeurs de comptage ordonnées dans le temps et l'unité d'exploitation (9) présentant différents modes d'édition pour des grandeurs caractéristiques des

mouvements d'oscillation mesurés de la surface.