FR2773214A1 - Procede et dispositif pour la mesure par infrarouge de la temperature d'une surface - Google Patents

Abstract

Pour tracer le contour d'une zone d'énergie (E) sur une surface dont on veut mesurer la température à l'aide d'un radiomètre, le procédé selon l'invention met en oeuvre un dispositif de visée à laser (12) associé au radiomètre. Il consiste à amener le dispositif de visée (12) à émettre au moins trois faisceaux laser vers ladite surface pour atteindre celle-ci en des emplacements distincts, en vue de tracer le contour de la zone d'énergie (E). L'invention s'applique à la mesure précise de la température.

Description

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La présente invention concerne d'une façon générale un procédé et dispositif pour mesurer de manière très précise la température d'une surface en utilisant des techniques de mesure d'infrarouge. Elle a plus particulièrement pour objet un procédé et un dispositif utilisant un dispositif de visée à laser apte à projeter au moins un faisceau (ou des faisceaux) laser de visée qui effectuent un traçage du contour pour définir plus clairement la périphérie de la zone d'énergie dont on souhaite mesurer la température. En règle générale, elle atteint ce but en orientant le faisceau laser autour de la périphérie de la zone d'énergie en utilisant trois faisceaux laser stationnaires, ou davantage, focalisés sur la périphérie de la zone d'énergie, ou en utilisant un seul faisceau laser commandé, dirigé vers trois endroits prédéterminés, ou davantage, de la périphérie de la zone d'énergie. Dans un mode d'exécution alternatif, on peut faire tourner un seul faisceau laser autour de la périphérie de la zone d'énergie en utilisant par exemple des bagues glissantes. Dans un autre mode d'exécution, l'unique laser rotatif peut être pulsé pour atteindre et quitter la surface de manière synchronisée, pour engendrer une série de lignes discontinues qui délimitent la zone d'énergie, ce qui augmente l'efficacité du laser en concentrant sa consommation totale en watts sur une zone plus petite, et en engendrant ainsi un faisceau plus lumineux. On peut par ailleurs utiliser

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le faisceau (ou les faisceaux) pour tracer le contour, en combinaison avec un faisceau supplémentaire orienté vers et définissant un point central ou une

région centrale plus étendue de la zone d'énergie.

Selon encore un autre procédé et mode d'exécution, au moins un faisceau laser est subdivisé en le faisant passer à travers ou sur un réseau de diffraction, par exemple en une pluralité de trois faisceaux de subdivision, ou davantage, qui peuvent former un motif de régions de points illuminés sur une cible dont la zone d'énergie doit être explorée au moyen d'un radiomètre. "Une pluralité"

signifie ici trois ou davantage, par exemple six ou douze.

Depuis de nombreuses années, on utilise des dispositifs à infrarouge de mesure à distance de la température (appelés communément pyromètres à infrarouge ou radiomètres), pour mesurer la température d'une surface à partir d'un endroit éloigné. Leur principe de fonctionnement est bien connu. Toutes les surfaces présentant une température au-dessus du zéro absolu émettent de la chaleur sous forme d'énergie rayonnée. Cette énergie rayonnée est engendrée

par un mouvement moléculaire qui produit des ondes électromagnétiques.

Ainsi, une partie de l'énergie contenue dans la matière rayonne en ligne droite de la surface de la matière. De nombreux radiomètres à infrarouge utilisent des principes de réflexion optique et/ou de réfraction pour capter l'énergie rayonnant d'une surface donnée. Le rayonnement infrarouge est focalisé sur un détecteur, analysé, et, en utilisant des techniques bien connues, l'énergie de surface est collectée et traitée, et la température est calculée et affichée sur un

dispositif de visualisation approprié.

Lorsqu'on utilise de tels radiomètres pour la mesure de la température de surface, on pointe l'instrument sur une cible ou "spot" à l'intérieur de la zone d'énergie sur la surface de laquelle la mesure doit être effectuée. Le radiomètre reçoit le rayonnement émis à travers le système optique, et les rayons sont

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focalisés sur un détecteur sensible à l'infrarouge qui engendre un signal traité à

l'intérieur et converti en un relevé de température qui est affiché.

Le repérage précis de la zone d'énergie sur la surface, ainsi que ses dimensions sont extrêmement importants pour garantir la précision et la fiabilité des mesures consécutives. On comprend aisément que le champ de vision des systèmes optiques de tels radiomètres est tel que le diamètre de la zone d'énergie augmente en proportion directe avec la distance de la cible. La zone d'énergie typique de tels radiomètres est définie par le fait que 90% de l'énergie focalisée vers le détecteur y est présente. A ce jour, il n'existait pas de moyens pour déterminer avec précision le périmètre de la zone d'énergie effective, si ce n'est tout au plus une estimation approximative en utilisant une "table de distances par rapport à la cible" ou la démarche pour effectuer

physiquement des mesures.

Les dimensions et l'éloignement de la cible sont criques en ce qui concerne la précision de la plupart des thermomètres à infrarouge. Chaque instrument à infrarouge présente un champ de vision (POV), un angle de vision o il fait la moyenne de toutes les températures qu'il voit. Le champ de vision est décrit soit par son angle, soit par le rapport distance/dimensions (D:S). Si le D:S est :1, et si la distance par rapport à l'objet divisée par le diamètre de l'objet est

exactement 20, l'objet occupe exactement le champ de vision de l'instrument.

Un rapport D:S de 60:1 est égal à un champ de vision de 1 degré.

Etant donné que la plupart des thermomètres à infrarouge présentent une optique à foyer fixe, le point de mesure minimum se situe à la distance focale spécifiée. Typiquement, si un instrument comporte une optique à foyer fixe dont le rapport D:S est de 120:1 et une longueur focale de 60", le spot (la résolution) minimal que l'instrument peut atteindre est de 60 divisé par 120 ou ,5" pour une distance de 60" de l'instrument. Cela est important lorsque les

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dimensions de l'objet sont voisines du spot minimum que l'instrument peut mesurer. Toutefois, l'utilisation d'un laser pour indiquer seulement le centre d'une zone d'énergie ne fournit pas à l'utilisateur une définition précise de la zone d'énergie réelle dans laquelle on doit prendre les mesures. Cette impossibilité entraîne fréquemment des relevés inexacts. Ainsi, par exemple, on obtient des relevés inexacts dans le cas o la région qui émet le rayonnement est plus

petite que le diamètre limite de la cible (cible trop éloignée ou trop petite).

Un procédé utilisé pour déterminer la distance par rapport à la cible comprend l'emploi d'un détecteur de distance à infrarouge ou d'un détecteur de distance à effet Doppler, ou bien d'un détecteur à image divisée semblable à celui utilisé dans la photographie. Toutefois, les dimensions exactes de la zone d'énergie doivent néanmoins être connues si l'on veut être sûr dans une certaine mesure, de l'étendue réelle de la surface à mesurer. Ceci est particulièrement vrai lorsque la zone d'énergie est trop petite ou lorsque la surface que renferme la zone d'énergie a une forme irrégulière. Dans le cas o la surface ne remplit pas toute l'étendue de la zone d'énergie, les relevés sont de mauvaise qualité et

donc erronés.

De même, pour une surface irrégulière, les relevés sont également erronés au cas o une partie de l'objet manque dans la zone d'énergie qu'on mesure effectivement. Ainsi, l'utilisation d'un seul faisceau laser dirigé seulement vers le centre apparent de la zone d'énergie n'assure pas une précision totale, étant donné que l'utilisateur du radiomètre ne connaît pas réellement les limites de la zone

d'énergie à mesurer.

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Il apparaît qu'aucun des documents de l'art antérieur soulève ce problème

inhérent ou offre une solution aux problèmes que cela entraîne.

Dans l'art antérieur, on a fait des propositions concernant l'indication de l'étendue d'une zone d'énergie d'une surface de cible par des moyens, visibles à

l'oeil, à l'endroit de la cible.

Un premier moyen d'indication de ce genre utilise de la lumière à spectre

multiple, tel qu'il apparaît par exemple de la publication japonaise N S57-

22521 qui enseigne l'utilisation d'une source de lumière incandescente pour

délimiter une zone d'énergie à l'endroit de la cible.

La publication japonaise apparentée N 62-12848 suggère une utilisation semblable d'une lumière à spectre multiple pour tracer le contour d'une zone

d'énergie à l'endroit de la cible.

De même, le brevet américain Everest N 4 494 881 propose l'utilisation d'une source de lumière à spectre multiple avec un dispositif de fractionnement du faisceau, grâce auquel il est possible que le faisceau d'infrarouge reçu et la lumière à spectre multiple utilisent le même dispositif optique. Everest enseigne l'utilisation d'une source de lumière visible telle qu'une lampe incandescente ou d'une lumière à impulsions stroboscopiques qui est projetée sur la surface de la cible dont on veut mesurer la température. Toutefois, ceci ajoute de l'énergie à la zone d'énergie o l'on veut effectuer la mesure de température, et cela annule la précision. Lorsque Everest utilise un moyen de fractionnement du faisceau, la lumière incandescente fait que le dispositif de

fractionnement du faisceau agit en tant que radiateur d'énergie infrarouge.

Lorsque Everest utilise une lentille de Fresnel, la lumière a tendance à élever

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la température de la lentille de Fresnel qui réfléchit à son tour vers le détecteur

à infrarouge.

Cette sorte d'indication, qui utilise une lumière incohérente à spectre multiple, entraîne, parmi d'autres, l'inconvénient que la lumière à spectre multiple elle- même présente un facteur de chaleur qui peut provoquer un relevé incorrect

par les moyens de détection de l'appareil.

Un laser est une amplification de lumière par émission stimulée de rayons. Ce dispositif a été inventé en 1960 pour produire un faisceau de lumière intense à degré élevé de cohérence. Les atomes de la matière émettent en phase. On utilise de la lumière laser dans l'holographie. Un faisceau de lumière est

cohérent lorsque toutes les ondes qui le composent présentent la même phase.

Un laser émet de la lumière cohérente, mais une lumière électrique incandescente ordinaire est incohérente: les atomes y vibrent de manière indépendante. Il n'est pas possible de substituer simplement un laser à une source de lumière incandescente, car le faisceau incandescent est de nature incohérente, de sorte que, lorsqu'elle est projetée en parallèle et au voisinage proche des limites de la zone à infrarouge invisible, la lumière incandescente présente à l'intérieur de la zone à infrarouge est réfléchie en tant qu'énergie de chaleur. De toute évidence, le fait d'écarter franchement le faisceau incandescent de la zone à

infrarouge ne permet pas une délimitation précise de la zone de la cible.

Un deuxième type d'indicateur de la zone d'énergie utilise une lumière laser cohérente, tel que cela apparaît par exemple dans le brevet américain N 4 315 150 de Derringer qui concerne un thermomètre à infrarouge ciblé, dans lequel un laser est prévu pour identifier le foyer (c'est-à-dire le centre) de la

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zone d'énergie, mais rien dans Derringer ne suggère plus de deux faisceaux

laser pour tracer le contour de la zone d'énergie.

Le brevet américain N 5 085 525 Bartosiak et al. enseigne l'utilisation d'un faisceau laser pour tracer une ligne continue ou interrompue passant par la zone cible à explorer, mais ne suggère pas de tracer le contour d'une zone cible

ou d'indiquer un point central ou une région centrale de la zone cible.

Les brevets américains apparentés N 5 368 392 et 5 524 984 des inventeurs de la présente demande décrivent l'art antérieur concernant la visée par laser de

la présente invention.

Les publications allemandes présentant un certain intérêt comprennent:

- DE - 38 03 464,

- DE - 36 07 679 concernant un dispositif de visée à laser, - DE - 32 13 955 concernant un dispositif de fractionnement d'un faisceau, et des faisceaux laser doubles pour indiquer la position et

le diamètre de la zone d'énergie.

En se basant sur l'arrière-plan susmentionné, l'objet principal de la présente invention est un procédé et appareil pour mesurer la température d'une surface

en utilisant des techniques à infrarouge.

L'invention a également pour objet un procédé et un dispositif permettant - une mesure plus précise de la température de surface que celle obtenue en utilisant les techniques employées à ce jour, - l'identification visuelle par un utilisateur de l'emplacement, des dimensions et de la température de la zone d'énergie sur la surface à mesurer,

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- l'emploi d'un détecteur de chaleur tel que, par exemple, un pyromètre, et un faisceau ou des faisceaux laser pour délimiter clairement la périphérie de la zone d'énergie de la surface, - l'utilisation d'au moins un faisceau laser qui est subdivisé en le faisant passer à travers ou sur un dispositif de fractionnement de faisceaux, un élément holographique ou un réseau de diffraction, pour former ainsi une pluralité de trois faisceaux de subdivision ou davantage qui font apparaître un motif à l'endroit o ils atteignent une cible dont la zone d'énergie doit être explorée, - l'utilisation non seulement d'un faisceau ou de faisceaux pour délimiter la zone d'énergie, mais également d'un faisceau ou de faisceaux supplémentaires dirigé(s) vers et éclairant un point axial central ou une

région centrale plus étendue de la zone d'énergie.

Pour atteindre ces objectifs et ces avantages, la présente invention propose un procédé et un appareil permettant de délimiter de manière visible la zone d'énergie à mesurer au moyen d'un radiomètre, ce procédé mettant en oeuvre un radiomètre comportant un détecteur et un dispositif de visée à laser apte à émettre au moins un faisceau laser vers une surface dont on souhaite mesurer la température. Selon l'invention, ce procédé consiste à commander ledit faisceau laser pour le diriger vers et autour de la zone d'énergie en vue de délimiter celle-ci de manière visible. Le faisceau est commandé de manière à être dirigé vers trois points déterminés ou davantage de la zone cible, ce qui

peut être effectué de manière mécanique ou électrique.

Selon un autre mode d'exécution, l'invention utilise une pluralité de trois faisceaux laser, ou davantage, pour délimiter le contour et éventuellement

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aussi le centre de la zone d'énergie, soit en fractionnant le faisceau laser pour atteindre un certain nombre de points en utilisant des fibres optiques ou des dispositifs de fractionnement de faisceaux ou un dispositif de diffraction, soit

en utilisant une pluralité de lasers.

Un mode d'exécution de l'appareil pour la mise en oeuvre du procédé selon l'invention comprend un dispositif de visée à laser apte à émettre au moins un faisceau laser vers la surface, et des moyens pour faire pivoter ledit faisceau laser autour de la zone d'énergie pour délimiter de manière visible les contours de cette zone d'énergie. Cette rotation peut être effectuée par étapes ou par un

mouvement continu.

Selon un autre mode d'exécution, cet appareil comporte trois faisceaux stationnaires, ou davantage, dirigés de manière à définir la zone d'énergie. Les trois faisceaux laser ou davantage, pourraient chacun être dérivés d'un laser prévu à cet effet, vers chaque faisceau, ou être obtenus au moyen d'un dispositif de fractionnement de faisceaux, par exemple à l'aide de miroirs, de

moyens optiques, d'un réseau de diffraction et de fibres optiques.

Selon une autre variante d'exécution, cet appareil comprend un dispositif de fractionnement de faisceaux laser émettant un faisceau laser qui est fractionné en une pluralité de trois faisceaux ou davantage, par exemple au moyen d'un réseau de diffraction, pour délimiter la zone d'énergie et indiquer éventuellement un point central ou une région centrale plus étendue de la zone

d'énergie.

Selon encore un autre mode d'exécution, le dispositif de mesure de la température comprend un détecteur qui reçoit les rayons de chaleur d'un point ou d'une zone de mesure de l'objet à examiner. On a intégré dans l'équipement un dispositif de repérage de la direction, c'est-à-dire un dispositif de visée qui

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utilise un faisceau laser en tant que source de lumière et contient des moyens optiques de diffraction, c'est-à-dire un composant holographique tel qu'un réseau de diffraction ou un dispositif de fractionnement de faisceaux, dispositif qui montre également la distribution de l'intensité lumineuse et indique la position et les dimensions de la source de chaleur. Le système indicateur se rapporte à un pourcentage prédéterminé, par exemple 90%, de l'énergie de la

chaleur rayonnée.

Le procédé comprend la délimitation visuelle et l'identification du périmètre de la zone d'énergie en projetant plus de deux faisceaux laser vers le bord de la zone d'énergie à 90% pour marquer les limites de la région de surface à

explorer, par exemple par une série de points ou spots qui forment un motif.

Deux modes d'exécution ou davantage peuvent être utilisés ensembles ou en

alternance.

Des modes d'exécution de l'invention seront décrits ci-après, à titre d'exemples non limitatifs, avec référence aux dessins annexés dans lesquels La figure 1 est une illustration schématique des radiomètres de types connus qui utilisent des dispositifs de visée à laser; La figure 2 est une illustration schématique d'un mode d'exécution de la présente invention dans lequel le faisceau laser trace le contour de la zone cible en utilisant un miroir; Les figures 2A et 2B illustrent la façon dont le faisceau laser change de position pas-à-pas pour identifier la zone d'énergie;

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La figure 3 est une illustration schématique d'un mode d'exécution alternatif de la présente invention, dans lequel on fait pivoter le laser autour d'un point de pivotement en utilisant des moyens mécaniques de mouvement; La figure 4 est une illustration schématique d'un autre mode d'exécution alternatif de la présente invention, dans lequel le laser est dirigé à travers un champ magnétique pour identifier la zone cible; La figure 5 est une illustration schématique d'encore une autre variante d'exécution de la présente invention, dans laquelle un certain nombre de faisceaux laser individuels sont projetés de manière à défminir la zone d'énergie à mesurer; La figure 6 est une illustration schématique d'une autre variante d'exécution de la présente invention, dans laquelle on fait pivoter le laser mécaniquement; La figure 7 illustre schématiquement le positionnement des fibres optiques pour créer un motif de la zone cible à l'aide du faisceau laser; La figure 8 est une vue en coupe détaillée d'un autre mode d'exécution alternatif de la présente invention, dans lequel on fait pivoter le laser mécaniquement autour du détecteur; Les figures 9A à 9C illustrent des configurations alternatives des contours qu'on peut projeter en utilisant l'appareil de la présente invention;

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La figure 10 est une illustration schématique d'un mode d'exécution de l'invention, dans lequel le laser est divisé en une pluralité de faisceaux laser qui définissent la zone d'énergie, par l'utilisation de fibres optiques; La figure 11 est une vue latérale en coupe transversale d'un dispositif de visée à laser qui peut être utilisé ensemble avec un radiomètre dans lequel le laser est pivoté en utilisant des bagues glissantes; La figure 12 est une vue latérale illustrant une version modifiée du dispositif de visée à laser de la figure 11, le dispositif de visée étant monté sur un détecteur à infrarouge; La figure 13 est une vue latérale illustrant encore une autre version modifiée du dispositif de visée à laser de la présente invention; La figure 14 est une vue latérale d'encore un autre mode d'exécution de l'invention, dans lequel le dispositif de visée à laser utilise des faisceaux laser prévus sur des côtés opposés d'un détecteur à infrarouge; La figure 15 est une vue de face du mode d'exécution de la figure 14; La figure 16 est une vue de dessus du mode d'exécution des figures 14 à La figure 17 illustre les lignes discontinues formées par un laser pulsé de manière synchronisée sur la surface et écarté de celle-ci; La figure 18 est une illustration en coupe partielle d'un mode d'exécution préféré de l'invention, dans lequel le dispositif de visée à

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laser utilise un seul faisceau laser divisé et réparti en une pluralité de faisceaux individuels au moyen d'un réseau de diffraction; La figure 19 est un schéma montrant un motif de points de lumière laser formé sur une zone cible suite à l'impact de faisceaux individuels résultant de la subdivision d'un faisceau laser unique; La figure 20 est un schéma illustrant une modification, dans laquelle le

radiomètre est disposé sur l'axe du faisceau laser.

Depuis longtemps, les radiomètres classiques ont utilisé des dispositifs de visée à laser et des dispositifs de repérage de la direction pour aider au pointage et alignement corrects de l'instrument. La figure 1 illustre des dispositifs de repérage de la direction utilisés dans des radiomètres portatifs classiques de l'art antérieur. Un tel radiomètre, portant la référence générale , comprend un dispositif de visée à laser 12 qui émet un faisceau laser 14 vers un point ou une cible 18 situé sur la surface 20 dont il s'agit de mesurer la température. Ce point 18 est situé au centre de la zone d'énergie "E" que le radiomètre 10 doit mesurer. Le radiomètre 10 comprend un détecteur 16 qui est connecté à un circuit interne classique, et des moyens d'affichage (non illustrés) pour la conversion, le calcul et l'affichage de la température de la surface 20 calculée indirectement à partir de l'énergie rayonnée par la surface située à l'intérieur de la zone d'énergie E. Cette énergie émane de la surface 20 en ligne droite dans toutes les directions, et est captée par le détecteur 16 du radiomètre 10. En utilisant des principes de rayonnement infrarouge, le radiomètre est ainsi apte à capter et mesurer l'énergie infrarouge dans la zone

d'énergie E et d'afficher la température de la surface de celle-ci.

Les dimensions et la configuration réelles de la zone d'énergie E sont déterminées par l'optique du radiomètre, et par la distance entre le radiomètre

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et la cible. Chaque radiomètre présente un angle de vision défini ou "champ de vision" qui est identifié selon le type dans la feuille indiquant les particularités

de l'instrument.

On prédétermine les dimensions de la zone d'énergie E lorsqu'on connaît le champ de vision, ainsi que la distance par rapport à la cible. Bien entendu, plus le radiomètre est éloigné de la cible, (c'est-à-dire plus la distance est grande),

plus la zone d'énergie apparente E est étendue.

Ceci peut être exprimé par un "rapport distance/dimensions de la zone". Par exemple, pour un rapport "distance/dimensions de zone" de 40:1, la périphérie de la zone d'énergie aurait un diamètre de 1" à une distance de 40" ou, à une distance de 20", le diamètre de la zone d'énergie serait de 1/2". Le fabricant du pyromètre fournit en général des schémas de champs de vision pour

déterminer la zone d'énergie pour des distances données.

Toutefois, on comprendra aisément que de tels dispositifs de visée à laser sont seulement aptes à identifier le centre, et non la périphérie extérieure, différente du diamètre, de la zone d'énergie réelle dans laquelle on veut effectuer la mesure. Plus le radiomètre 10 est éloigné de la surface, plus la zone d'énergie apparente E est étendue. Ainsi, on peut concevoir qu'en fonction des dimensions et de la configuration de la surface 20, la zone d'énergie réelle E comprenne des portions de surface 20 de forme irrégulière, ou s'étende même au-delà des bords de la surface. Naturellement, dans ces cas, la mesure de température obtenue serait inexacte. Sans connaître le périmètre extérieur d'une telle zone d'énergie E, l'utilisateur du radiomètre 10 n'a pas connaissance

de ce fait, et les relevés effectués pourraient être inexacts.

La présente invention fournit un moyen pour définir la zone d'énergie E de manière visible, de manière à ce que l'utilisateur du radiomètre 10 puisse

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observer la zone d'énergie réelle à mesurer pour déterminer o elle se situe par rapport à la surface à mesurer. Dans les différents modes d'exécution de la présente invention, un mince point laser, une mince ligne ou de minces lignes sont projetés sur la surface à mesurer, et ce point, cette ligne ou ces lignes sont positionnés pour englober la périphérie de la zone d'énergie E. Si l'on utilise un faisceau laser pivotant, on peut effectuer le positionnement soit en déplaçant le laser lui-même ou le faisceau laser émis par le laser, soit en utilisant un

dispositif de fractionnement du faisceau laser.

S'il était possible d'identifier le périmètre de la zone d'énergie E sur l'objet grâce au mouvement du faisceau laser le long d'un trajet autour de la périphérie de la zone d'énergie E, l'utilisateur serait capable de déterminer de manière rapide et précise si la zone d'énergie dans laquelle on a pris les mesures était totalement située sur la surface à mesurer, et si la surface de

celle-ci était du type permettant une mesure par ailleurs exacte.

La périphérie de la zone d'énergie E est identifiée en fonction du "champ de vision" défini du radiomètre particulier, tel qu'identifié dans ses spécifications, et de la distance entre le radiomètre et la cible. L'identification des dimensions et de la configuration de la zone d'énergie est facile à l'aide de formules mathématiques classiques. Après cette identification, les faisceaux laser sont projetés autour de la périphérie de la zone d'énergie E, selon les procédés et à l'aide de l'appareil décrits par la suite. Une approche de "pointage" simple consiste à projeter le faisceau laser sous le même angle que le champ de vision du radiomètre émanant du même axe, ou, alternativement, à ajuster mécaniquement l'angle du faisceau laser selon les calculs du "rapport distance/dimensions de la zone". Dans chaque cas, la périphérie de la zone

d'énergie E est identifiée par les faisceaux laser.

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La figure 2 illustre un premier mode d'exécution de la présente invention, dans lequel le dispositif de pointage du laser 12 émet un faisceau laser 14 dirigé vers une surface de miroir 30 placée devant le faisceau laser 14. On fait pivoter le miroir 30 en utilisant des moyens de mouvement 32 en vue de faire tourner le faisceau selon un tracé circulaire pour définir la zone d'énergie E sur la surface à mesurer. Alternativement, on peut faire pivoter le miroir 30 par des moyens vibratoires ou par l'application d'un champ magnétique (non représenté). La rotation du miroir 30 devrait être effectuée selon un angle de réfraction qui correspond à la zone d'énergie E à 90%, ce qui permet au faisceau laser 14 de pivoter autour de la périphérie de la zone d'énergie E, et de

la rendre ainsi visible à l'utilisateur du radiomètre 10.

Il convient de faire remarquer que le dispositif 12 de pointage du laser peut faire intégralement partie du radiomètre 10 ou, alternativement, être une unité

séparée qui peut être montée sur le radiomètre 10 ou à proximité de celui-ci. De même, le radiomètre pourra consister en un pyromètre dont des éléments

sensibles à la chaleur peuvent être orientés le long d'un trajet entre la surface

et le pyromètre.

Alternativement, on peut utiliser un prisme à la place du miroir 30, à angles prédéterminés pour que le prisme fonctionne en tant que surface de miroir réfléchissante, et dirige ainsi le faisceau laser autour du périmètre de la zone d'énergie. Les figures 2A et 2B illustrent la façon dont on peut utiliser les faisceaux laser pour délimiter la zone d'énergie E sur la surface à mesurer. Il est important de commander avec soin la rotation du faisceau 14 pour que la rotation ait lieu à une vitesse qu'on peut suivre visuellement. Cela permet de déployer toute l'intensité du faisceau. Tel que l'illustrent les figures 2A et 2B, on fait pivoter le faisceau laser autour de la zone d'énergie E en passant par une série d'étapes,

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le faisceau laser étant maintenu à chaque étape pendant au moins un centième de seconde avant de se déplacer vers la position suivante. Ceci est obtenu en établissant une pluralité d'étapes E-1, E-2, etc. autour de la zone d'énergie E. Le faisceau laser s'arrête à chaque étape pendant le laps de temps prédéterminé pour que le faisceau puisse être observé avant de passer à l'étape suivante. La figure 3 illustre un autre mode d'exécution de la présente invention, dans lequel c'est le laser 112 lui-même qui est pivoté ou déplacé pour décrire un cercle ou une autre figure fermée qui définit la zone d'énergie E, en faisant mécaniquement pivoter le laser 112 autour du point de pivotement 120 à l'aide de moyens de mouvement 132. Alternativement, on peut faire pivoter le laser 112 par des moyens vibratoires (non représentés), ou par application d'un champ magnétique (non représenté). Toutefois, la rotation du laser 112 devrait être effectuée sous un angle de réfraction correspondant à 90% de la zone d'énergie E, ce qui permet au faisceau laser 114 de pivoter autour de la périphérie de la zone d'énergie E pour la rendre visible à l'utilisateur du

radiomètre 10.

Dans la figure 4, on fait pivoter le laser 212 autour d'un point de pivotement 220 en appliquant un champ magnétique 225 pour provoquer l'émission du faisceau laser 214 autour de la périphérie de la zone d'énergie à 90% pour rendre le faisceau visible à l'utilisateur du radiomètre 10. Dans un tel mode d'exécution, des moyens (non représentés) sont prévus en vue de modifier le champ magnétique 225 pour qu'il corresponde à la zone d'énergie à 90%, et

qu'on puisse faire pivoter le laser en conséquence.

Dans la figure 5, le laser 312 présente au moins deux composants 312A et 312B qui engendrent au moins deux rayons laser individuels 314A et 314B placés autour du détecteur 316. Ces faisceaux individuels 314A et 314B, au moins au nombre de deux, sont dirigés vers la surface 320 à mesurer, vers le

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périmètre de la zone d'énergie E plutôt qu'au centre de celle-ci. Grâce à l'utilisation d'un nombre supérieur à deux de ces faisceaux laser, la zone d'énergie E significative est clairement identifiée, et non seulement le centre de celle-ci. Au besoin, on peut utiliser des lasers individuels ou des dispositifs de fractionnement de lasers pour fractionner un faisceau laser unique. On peut utiliser un dispositif de diffraction tel qu'un composant de réseau ou holographique pour former des faisceaux multiples. Deux lasers, ou davantage, peuvent être adaptés pour projeter des faisceaux laser sur des côtés différents

de la zone d'énergie.

La figure 6 illustre encore un autre mode d'exécution de la présente invention, dans lequel on fait pivoter mécaniquement le laser 412 de manière circulaire autour du détecteur 416 pour émettre un faisceau laser 414 le long d'un trajet circulaire sur la surface (non représenté), et de définir ainsi la zone d'énergie E. Le laser 412 est monté pour pivoter sur un palier 420 prévu sur un bras de liaison 421. Le bras 421 est monté sur le palier de pivotement 424 qu'un moteur 422 fait pivoter. De cette façon, le faisceau laser 414 émis par le laser 412 pivote autour de et délimite la zone d'énergie E sur la surface de laquelle

la température doit être mesurée.

La rotation du faisceau laser peut être effectuée en utilisant des techniques de fractionnement du faisceau, ou des techniques à base de fibres optiques telles qu'illustrées dans la figure 7, dans lesquelles le faisceau laser est projeté à travers des moyens 501 à fibres optiques. De cette façon, les faisceaux se déploient à partir de la source de laser et entourent et définissent ainsi la zone d'énergie E. En utilisant un nombre suffisant de fibres optiques, il est possible de tracer la périphérie de la région cible E à l'aide d'un anneau lumineux ou un anneau de points lumineux. Ceci peut être accompli par un nombre de fibres 501 aussi faible que deux, séparées de 180 , étant donné que le motif à relever est prévu pour être circulaire. Des moyens supplémentaires à fibres optiques

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peuvent en outre servir à diriger un faisceau laser vers un point central ou une

région plus étendue de la zone d'énergie.

La figure 8 illustre encore un autre moyen pour faire pivoter le faisceau laser 614 émis par le laser 612. Ici, le faisceau laser 614 est dirigé vers un miroir pivotant de surface plane 630 o il est réfléchi vers un miroir 631 en forme de cône en plastique métallisé. Puis, le faisceau réfléchi est projeté vers la surface et définit le périmètre de la zone d'énergie E. Le miroir plan 630 est entraîné par un moteur 622. De cette façon, le faisceau laser 614 tourne autour de la circonférence de la zone d'énergie E située sur la surface à mesurer. Les miroirs sont placés selon un angle tel que la projection du laser présente le

même angle que l'angle de captage du détecteur à infrarouge.

Bien entendu, on comprendra que les zones d'énergie E peuvent prendre des formes différentes de la forme circulaire illustrée dans les figures 1 à 8. Les figures 9A à 9C illustrent des formes alternatives: carrée (figure 9A), rectangulaire (figure 9B) et triangulaire (figure 9C) des motifs lumineux qu'on peut obtenir grâce aux moyens de la présente invention. Une forme fermée est

préférée. Celle-ci peut comprendre trois points ou davantage.

La figure 10 illustre un procédé de définition de la zone d'énergie par lequel on peut obtenir une forme circulaire sans qu'on fasse pivoter le faisceau laser, et dans lequel on utilise une pluralité de fibres optiques stationnaires placées pour projeter un certain nombre de points. Dans cette figure, un laser fixe 712 projette un faisceau 713 qui est fractionné en une pluralité de faisceaux 714 par un ensemble de fibres optiques 715 pour projeter un motif 716 sur la surface qui définit la zone d'énergie E. Au choix, on peut également utiliser des configurations supplémentaires. Un moyen de diffraction produira

également un tel motif.

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En se référant à la figure 10, les moyens pour projeter une pluralité de faisceaux laser (l'ensemble 715) comprennent également des fibres optiques agencés pour projeter un faisceau laser axialement pour que la pluralité de faisceaux laser identifie et définisse aussi bien le centre que la périphérie de la zone d'énergie, par exemple en engendrant un seul point central ou une région

centrale plus étendue sur la surface à mesurer.

Les figures 11 et 12 illustrent d'autres formes d'exécution de la présente invention, dans lesquelles le laser peut être pivoté grâce à l'utilisation de bagues glissantes et de contrepoids. Par exemple, la figure 11 illustre un tel dispositif de visée à laser 1000. Le dispositif de visée à laser 1000 peut être une unité intégralement combinée avec un détecteur à infrarouge (non représenté) ou peut alternativement être autonome en tant que dispositif de

visée amovible qu'on peut relier à des détecteurs à infrarouge ou l'en détacher.

Le dispositif de visée à laser 1000 de la figure 11 comprend un laser 1012 alimenté par une source d'énergie 1018 qui projette un faisceau laser 1014 sur une cible. Le laser 1012 est monté pour être pivoté autour du pivot 1020. Un moteur 1021 est prévu pour alimenter le dispositif de visée et induire le laser 1012 en rotation. Un interrupteur externe (non représenté) peut être prévu pour démarrer et arrêter le moteur 1021 et ainsi la rotation du laser 1012. Des moyens supérieurs et inférieurs d'ajustement par vis, respectivement 1013 et 1011, sont prévus pour commander la position du laser 1012, et surtout la direction du faisceau laser 1014. Le moyen supérieur d'ajustement à vis 1013 est prévu pour être utilisé lorsqu'aucune rotation n'est en cours, tandis que le moyen inférieur d'ajustement par vis 1011 est utilisé au cours de la rotation du

laser 1012.

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Le laser 1012 est alimenté par la source d'énergie 1018. Des bagues glissantes 1016 sont prévues pour faciliter la rotation du laser 1012. Des contrepoids supérieurs et inférieurs 1015A et 101 5B sont respectivement prévus au-dessus et en dessous du laser 1012, et l'on a également prévu un ressort de rappel

1019.

Le laser 1012 du dispositif de visée 1000 de la figure 11 peut pivoter autour du pivot 1020 lorsqu'il est entraîné par le moteur 1021. Ainsi, le laser 1012 est apte à projeter un faisceau laser 1014 qui engendre un motif circulaire sur une cible (non représentée). Au cours de la rotation, une force centrifuge agit sur

les contrepoids 1015A et 1015B et provoque le basculement du laser 1012.

l'angle de basculement peut être commandé par les moyens d'ajustement à vis 1013 et 1011. L'angle est ajusté pour correspondre au champ du détecteur à infrarouge dans lequel le dispositif de visée est utilisé. Le faisceau laser 1014 suit alors la périphérie de la zone cible du détecteur à infrarouge (non représenté). Lorsque le moteur 1021 est arrêté, le ressort de rappel 1019 provoque le centrage du laser 1012. De cette façon, le faisceau laser sera placé au centre de la zone cible. Ceci sert de calibrage à l'utilisateur, et garantit que le dispositif

de visée à laser soit correctement pointé.

Une version modifiée du dispositif de visée à laser de la figure 11 est illustrée dans la figure 12. Le dispositif de visée à laser 1100 est illustré en combinaison avec un détecteur à infrarouge 1162 à champ de vision d'infrarouge 1161. Le dispositif de visée à laser 1100 comprend un laser 1112 qui projette un faisceau laser 1114. Le laser 1112 est monté pour pivoter sur le pivot 1120. Un contrepoids 1115 est prévu du côté du laser 1112, opposé au pivot 1120. Le laser 1112 est alimenté par la source d'énergie 1118, et peut

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être induit en rotation par le moteur 1121. Des bagues glissantes 1116 sont

prévues pour faciliter la rotation du laser 1112.

Le dispositif de visée à laser 1100 de la figure 12 est prévu pour fonctionner de la même manière que le dispositif de visée 1000 de la figure 11. Lorsqu'on fait pivoter le laser 1112 autour du point de pivotement 1120, le faisceau laser 1114 est projeté sur la cible (non représentée), autour de la périphérie du

champ de vision d'infrarouge 1161 du détecteur à infrarouge 1162.

La figure 13 illustre encore un autre mode d'exécution du dispositif de visée à laser de la présente invention. Le dispositif de visée à laser 1200 est prévu en tant qu'unité autonome qu'on peut monter sur des détecteurs à infrarouge ou des radiomètres classiques ou l'en détacher. Le dispositif de visée 1200 comprend un laser 1212 contenu dans un logement 1201 du dispositif de visée 1200. Le laser 1212 peut projeter un faisceau laser sur une cible (non représentée). Le laser 1212 est alimenté par une source d'énergie (non représentée). Un moteur 1221 est relié au laser 1212 par un ensemble de rotation 1227 qui provoque la rotation du laser dans le logement 1201. Une coulisse 1226 est en outre prévue pour faciliter la rotation du laser 1212 à

l'intérieur du logement.

Une vis d'ajustement 1228 est en outre prévue pour commander la position du moteur 1221, et ainsi la direction du faisceau laser. Un pivot à rotule 1222 est prévu autour de l'extrémité extérieure du laser 1212 montée dans le siège 1220 du pivot. De plus, une rondelle élastique est prévue au voisinage du pivot à

rotule 1222.

Le dispositif de visée à laser 1200 fonctionne sensiblement de la même

manière que les dispositifs de visée illustrés dans les figures 11 et 12, c'est-à-

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dire que le laser unique 1212 est induit en rotation par le moteur 1221 pour que

le faisceau laser projeté tourne autour de la périphérie du champ à infrarouge.

Les figures 14 à 16 illustrent encore une autre version du dispositif de visée à laser de la présente invention, représenté en combinaison avec un radiomètre. Dans le mode d'exécution selon les figures 14 à 16, on a prévu un radiomètre classique 1300. Le radiomètre comprend une lunette de visée télescopique 1305 sur laquelle est montée une lentille 1306. La lunette télescopique 1305

permet à l'utilisateur de pointer le radiomètre 1300 sur une cible.

Au moins deux dispositifs de visée à laser 1312 sont prévus sur des côtés opposés du radiomètre 1300. Le dispositif 1312 comprend deux lasers 1314 placés dans les dispositifs de visée à laser 1312 prévus de part et d'autre du radiomètre, de manière à être séparés de 180 environ, aptes à projeter deux faisceaux laser (non représentés) vers une cible de part et d'autre de la zone d'énergie que le radiomètre doit mesurer. De cette manière, on utilise les faisceaux laser pour définir la périphérie extérieure de la zone d'énergie à

mesurer par le radiomètre 1300.

Dans une variante d'exécution, les lasers illustrés dans les figures 11 à 16 peuvent être pulsés sur la zone et en être écartés de manière synchronisée. La figure 17 illustre la série de lignes discontinues qui servent à définir la zone

d'énergie dans un tel mode d'exécution.

L'utilisation intermittente du laser dans ce mode d'exécution augmente l'efficacité du laser, ce qui, à son tour, permet une plus grande concentration de la consommation totale en watts du laser dans une région plus petite, le

faisceau étant ainsi plus lumineux.

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Les figures 18 et 19 illustrent encore une autre version, préférée comme étant la meilleure, du dispositif de visée à laser de la présente invention, en combinaison avec un radiomètre. Dans ce mode d'exécution, on a prévu un radiomètre classique 1400. Un dispositif de visée à laser portant la référence générale 1401, comprend un générateur 1402 de laser à faisceau unique qui produit un faisceau laser 1403. Axialement aligné avec le faisceau laser 1403 et devant le générateur de laser 1402, est placé un support 1404 qui loge un dispositif de fractionnement du faisceau, un composant holographique ou un réseau de diffraction 1405. Dans le cas présent, on a prévu que, lorsque le réseau de diffraction 1405 est frappé par le faisceau laser, il produise, à partir du faisceau unique 1403 qui entre, un total de douze faisceaux de subdivision 1403a symétriquement divergents autour de l'axe 1406. En se référant à la figure 19, on a illustré un motif de points de lumière laser 1403b formés en des endroits particuliers espacés entre eux o les faisceaux 1403a de subdivision atteignent la cible 1407 dont la température doit être explorée. Etant donné la nature du réseau de diffraction 1405, les points 1403b sont placés sur la périphérie en ménageant entre eux une distance identique B, en cercle autour de l'axe du faisceau laser 1403, et les faisceaux de subdivision 1403a sont répartis sur une largeur totale A, fonction de la distance axiale du dispositif par rapport à la cible 1407. Au voisinage immédiat, et latéralement par rapport au générateur de laser 1402, on a placé dans son support 1404 un radiomètre 1400 dont l'axe de vision est parallèle à l'axe 1406 du faisceau laser engendré, mais qui peut au choix être prévu pour être ajusté par rapport à l'axe 1406 pour pouvoir explorer une région sélectionnée de la cible, non nécessairement au

centre des points 1403b.

L'appareil de l'une quelconque des figures 2, 3, 4, 6, 8, 11, 12, 13 et 18 peut en outre comprendre des moyens pour projeter un faisceau laser de manière à atteindre axialement la zone de surface à mesurer. Par exemple, dans la figure 18 on choisira le réseau de diffraction 1405 de manière à obtenir non

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seulement les faisceaux 1403a de subdivision, mais également un faisceau

central de subdivision le long de l'axe 1406.

En se référant à la figure 20, on a illustré schématiquement une modification dans laquelle le radiomètre 1400 est situé sur l'axe longitudinal central du générateur de laser 1401, et à l'intérieur de la pluralité de faisceaux laser, à une distance appropriée en aval du réseau de diffraction pour ne pas interférer dans

la transmission des faisceaux de subdivision formant le motif de points.

Dans une forme de réalisation pratique, le générateur de faisceaux laser 1401, le support 1404 du réseau de diffraction, et le radiomètre sont avantageusement portés par une structure de support (non représentée) pour obtenir un appareil portable pointé vers une région ou des régions sélectionnée(s) à explorer. Ainsi, un procédé d'identification de l'étendue d'une zone de rayonnement située dans une région dont la température doit être mesurée peut comprendre les étapes de prévoir un dispositif de visée à utiliser avec un radiomètre, ledit dispositif comportant des moyens pour engendrer un faisceau laser; de fractionner ledit faisceau laser en une pluralité de trois composants ou davantage en faisant passer ce faisceau à travers ou sur des moyens à réseau de diffraction; de diriger les composants de faisceau vers la région pour former une pluralité de zones illuminées dans ladite région, à l'endroit o les composants de faisceau atteignent ladite région; et de

déterminer la température dans cette région à l'aide du radiomètre.

De préférence, les moyens à réseau de diffraction sont conçus de manière à ce que le faisceau laser soit subdivisé en une pluralité de trois faisceaux ou davantage qui forment dans la région des zones illuminées réparties sur un

cercle, ou une autre figure fermée.

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Selon l'invention, un procédé d'identification d'une zone d'énergie dont la température doit être mesurée à l'aide d'un radiomètre comprend les étapes de prévoir un dispositif de visée à laser; d'amener le dispositif de visée à laser d'émettre, le long de trajets séparés, plus de deux faisceaux laser vers ladite surface; et d'ajuster ces trajets de faisceaux laser pour tracer de manière

visible le contour de la périphérie de la zone d'énergie.

En outre, selon l'invention, un procédé d'identification d'une zone d'énergie dont la température doit être mesurée à l'aide d'un radiomètre comprend les étapes de prévoir un dispositif de visée à laser; d'amener ledit dispositif de visée à émettre le long de trajets séparés une pluralité de faisceaux laser vers ladite surface; d'ajuster les trajets de trois au moins de la pluralité de faisceaux laser pour tracer de manière visible le contour de la périphérie de la zone d'énergie; et d'ajuster le trajet d'un ou de plusieurs faisceaux de la pluralité de faisceaux laser vers ladite surface pour identifier une partie centrale de cette zone.

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Claims (1)

Revendications

1. Appareil pour mesurer l'intensité d'un rayonnement détecté, comprenant un détecteur de rayonnement (10), caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour mesurer l'intensité du rayonnement détecté; un dispositif de visée à laser (12) pour orienter plus de deux faisceaux laser le long d'axes dans la direction du rayonnement à détecter pour définir les limites de la zone de rayonnement (E) à mesurer; et des moyens pour intégrer les mesures de l'intensité du rayonnement détecté et la zone de rayonnement (E) telle que définie par les

faisceaux laser.