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Appareil pour levées de plans et autres radio- goniomètre..
La présente invention concerne l'utilisation d'un faisceau d'énergie comme un faisceau lumineux pour établir une ligne de collimation qui peut être utilisée comme référence.
La phrase "une ligne de collimation" est utilisée dans la présente demande dans son sens le plus général, et n'est pas des- tinée à limiter cette phrase à la signification qu'elle a dans le domaine des levées de plans.
La présente invention peut s'appliquer à un appareil pour levées de plans, mais l'invention est aussi applicable à de nombreux types de radio-goniomètres d'une façon générale.
Lorsque l'invention s'applique à un appareil pour levées de plans, elle fournit un appareil perfectionné qui est plus précis que ce qu'on appelle le "niveau de lunette" généralement uti- lisé jusqu'à présent pour déterminer les dénivellations du sol.
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Le "niveau de lunette" en service est pointé sur un jalon ou une mire, et est agencé de façon à établir une ligne de collimation ho- rizontale de manière que les distances respectives du sol au-dessous de la ligne de collimation dans la position du"niveau de lunette- et dans la position du jalon puissent être déterminées, Le "niveau de lunette" a l'inconvénient de nécessiter une bonne visibilité sans trouble ou miroitement afin que la ligne de collimation puisse être établie avec précision par un opérateur. En outre, la portée maximum du "niveau de lunette' est de 90 mètres environ. De plus, @ une erreur humaine est toujours possible en raison d'une fatigue des yeux et d'une fatigue physique.
La présente invention fournit également un appareil perfectionné pour mettre en oeuvre certaines des fonctions réalisées par l'instrument appelé "Théodolite".
Suivant l'invention, on fournit un procédé de collima- tion d'un faisceau lumineux, le dit procédé consistant à établir une ligne de collimation en concentrant la lumière à partir d'une source lumineuse pour former une image de la source, une ligne entre la source lumineuse et l'image formant la ligne de collimation,
La présente invention (appelée "Système Tampoe") lors- qu'elle s'applique à un appareil pour levée de plans, utilise un émetteur de faisceau lumineux conjointement à un ou plusieurs ré- cepteurs de faisceau lumineux éloignés pour établir une ligne de collimation sans visée visuelle précise de la part d'un opérateur, et un effort visuel ne doit être exercé que pour effectuer un aligne- ment approximatif de l'émetteur et du ou des récepteurs.
Suivant une particularité de l'invention, on fournit un procédé permettant de déterminer les distances perpendiculaires respectives par rapport à une ligne de collimation entre deux points espacés, le procédé consistant à concentrer une source lumineuse pour fournir une image de la source, une ligne entre la source et l'image formant la ligne de collimation, et à mesurer les distances perpendiculaires respectives entre les points et la ligne de colli- mation.
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Suivant une autre particularité de l'invention, on fournit un procédé pour déterminer les hauteurs relatives de deux points espace le procédé consistant à concentrer la lumière à partir d'une source lumineuse pour fournir une image de la source dans le même plan horizontal, une ligne horizontale entre la source lumi- neuse et l'image formant la ligne de collimation, et à mesurer les distances verticales respectives antre les points et la ligne de collimation.
Suivant une autre particularité de l'invention, on fournit un procédé pour effectuer des levées de plans, qui consiste à monter un émetteur présentant une source lumineuse en alignement vertical avec un premier point, àémettre horizontalement un faisceau lumineux, à concentrer la lumière à partir d'une source lumineuse pour fournir une image de la source dans un récepteur monté en ali- gnement vertical avec un second point, une ligne horizontale entre la source lumineuse et l'image formant une ligne de collimation, et à mesurer les distances verticales respectives entre la ligna de collimation à l'émetteur et le premier point, et entre la ligne de collimation au récepteur et le second point.
L'émetteur de faisceau lumineux comprend une source lumineuse et un moyen de concentration pouvant engendrer une image de la source lumineuse en un point éloigné de l'émetteur.
Le récepteur de faisceau lumineux comprend un élément collimateur présentant un mince passage plat ouvert à une extrémi- té et pouvant recevoir un faisceau lumineux sensiblement plat et un élément sensible à la lumière monté dans le passage et agencé pour répondre lorsqu'il est touché par la lumière.
On va décrire maintenant des formes de réalisation de l'invention à titre d'exemple qui s'appliquent à un appareil pour levée de plans, en se référant au dessin annexé dans lequel la figure 1 est un schéma optique en plan concernant l'émetteur de l'appareil pour levées de plans suivant l'invention) la figure 2 est une élévation en partie schématique d'un
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récepteur destiné à être utilisé conjointement à l'émetteur de la figure 1; la figure 3 montre un détail de la figure 2; et la figure 4 est un schéma simplifié du circuit élec- trique du récepteur représenté sur la figure 2.
En se référant à la figure 1, l'émetteur comprend un bottier monté de façon appropriée sur un trépied, et, à l'intérieur du boîtier se trouve une source lumineuse de grande puissance 10 qui projette un faisceau lumineux à travers un oculaire 11 de télescope astronomique sur un miroir astronomique parabolique 12. Le miroir 12 peut avoir par exemple un diamètre de 15 cm donnant une ouvertu- re de f8 et une distance focale de 120 cm.
La source lumineuse 10 est formée par un filament 13 entouré d'une enveloppe de verre, filament qui peut être une mince spirale d'un fil de tungstène ayant une longueur, agencé horizonta- lement, plusieurs fois supérieure à sa largeur verticale.
Le système optique est agencé de façon à former une image du fila- ment 13 en un point de réception voulu, et qui a ainsi la forme d'une mince ligne ou fente.
La source lumineuse 10 et l'oculaire 11 sont ajustés de façon appropriée dans une monture coulissante dans le bottier qui les maintient en alignement rigide avec le miroir 12, mais qui leur permet d'être facilement déplacés soit en direction soit à l'écart du miroir. Le miroir est fixé de façon à réfléchir le fais. ceau lumineux en regard du boîtier de la source lumineuse si près de ce dernier que le bord du faisceau touche à peine le boîtier, et qu'on obtient un alignement horizontal parfait entre la partie du faisceau ..emprise entre la source lumineuse et le miroir et la partie du faisceau qui est réfléchie à partir du miroir.
Un niveau à al- cool sensible ou autre dispositif destiné à fournir une référence verticale précise est ajusté sur la partie postérieure du miroir de façon à pouvoir maintenir le miroir dans une position qui donne une collimation horizontale réelle du faisceau lumineux transmis final.
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Le fonctionnement satisfaisant du système optique entier par rapport au paramètre voulu dépend de la précision optique du miroir 12 qui doit avoir une précision de moine d'une demi-longueur d'ondede la lumière visible.
Le récepteur est représenté sur les figurer 2 et 4. et comprend un élément collimateur 18. Cet élément présente un passage 20 s'étendant sur sa longueur et ouvert à une extrémité qui peut avoir une longueur de 45 cm. L'élément peut présenter un prolonge- ment coulissant (non représenté) pour augmenter cette longueur d'une façon appropriée pour améliorer l'effet de collimation lorsque cela est nécessaire. Le passage 20 présente une surface de section droite uniforme qui correspond à la forme représentée sur la figure 3, c'est-à-dire qu'il a une forme qui correspond à celle de la source lumineuse 13 et par conséquent, également à la section droite du faisceau lumineux émis au point de réception.
Avec l'élément col- limateur 18 est aligné un transducteur comprenant une cellule photoconductrice du type à sulfure de cadmium, comme le type "ORP 94" ou du type à séléniure de cadmium ou tellurure de cadmium avec un écran photosensible 21 qui est sensible à la lumière visible et infrarouge. La figure 3 montre l'écran 21 comme on le voit en élévation de face. Lorsque la lumière provenant de l'émetteur pénè- tre dans l'élément collimateur 18 et touche l'écran, la résistabce électrique modifiée de l'écran provoque le fonctionnement d'un cir- cuit basculeur de Schmitt 22 qui commande à son tour un relais 23.
Le circuit basculeur de Schmitt dont l'écran 21 consti- tue un élément de résistance peut être muni d'une certaine forme de réglage de sensibilité qui a pour effet de modifier la sensibili- té d'ensemble du transducteur. Ce réglage de la sensibilité permet de faire varier la quantité de lumière voulue tombant sur l'écran 21 pour actionner le circuit basculeur de Schmitt.
Ce moyen est utile par exemple lorsque la lumière am- biante est brillante, comme sous les climats tropicaux, lorsqu'on doit réduire la sensibilité pour obtenir une discrimination et pour
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empêcher le circuit basculeur de Schmitt d'être actionné par la lumière ambiante seule.
Les éléments électriques, principaux constituent un ensemble de commande 24 sur la figure 2 qui est fixé à la partit postérieure d'un trépied puissant 25 présentant une tête rotative
26 portant le tube collimateur 18 et supportée par un montant central 27. Ce montant peut être soulevé par un moteur électrique réversible 28 par l'intermédiaire d'une boîte à engrenage 30 et d' une transmission 31 à crémaillère et pignon.
Un commutateur à trois positions 32, actionné par une poignée de commande 33,pernet d'exciter le moteur et de choi- sir le sens de rotation du moteur, et une lampe indicatrice rouge 34 indique lorsque le Moteur est excité.
On prévoit des dispositifs de Visée et de dénivella- tion comme indiqué pour l'émetteur sur le récepteur.
La figure 4 montre le circuit électrique du récep- teur qui comprend une batterie 35 (par exemple du type "NIFE" de 24 volts). Le relais 23 peut présenter une bobine de 1000 ohms, et une ou plusieurs paires de contacts normalement fermés. Les con- tacts normalement ouverts peuvent être aussi incorporés pour d'au- tres dispositifs de commutation. Le commutateur 32 présente une position centrale "hors circuit" dans laquelle la batterie 35 est déconnectée du relais 23 et du moteur 28, et deux positions, une vers le haut, l'autre vers le bas, par rapport à la position cen- trale dans lesquelles la batterie est connectée au relais et au moteur avec la polarité appropriée pour obtenir un soulèvement ou un abaissement respectivement du montant central 27.
Le récepteur fonctionne de façon que lorsque l'axe du faisceau lumineux émis frappe l'écran sensible 21, le relais 23 est actionné pour déconnecter le moteur de la batterie et pour étein- dre la lampe 34.
En fonctionnement, le récepteur est placé en aligne- ment avec l'émetteur, etune portée quelconque jusqu'à une distance @
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maximum de 600 mètres environ. L'élément collimateur du récepteur est disposé dans sa position la plus basse possible, c'est-à-dire le montant central étant entièrement abaissé, et le trépied est réglé de façon que le faisceau de l'émetteur passe alors juste au-dessus de l'élément collimateur, mais dans la gamme d'élévation de l'élé- ment collimateur.
Aussi bien l'émetteur que le récepteur sont réglés de façon que leurs axes d'émission et de réception respectivement soient à la fois horizontaux et dirigés correctement en azimuth.
L'émetteur est alors mis en circuit, et l'élément colli- mateur est soulevé. Lorsque l'écran 21 arrive dans la position dans laquelle son point central coïncide avec l'axe du faisceau émis, les divers circuits fonctionnent pour arrêter le moteur de façon que l'axe de l'écran 21 et l'axe du faisceau émis restent en alignement.
Suivant une particularité de l'invention, l'influence de la force de pesanteur est utilisée pour agir comme facteur de retardement par rapport à une tendance quelconque que peuvent avoir l'élément colli- mateur et l'élément central se déplaçant vers le haut à dépasser le point voulu sous l'influence de leur énergie cinétique.
La hauteur précise de l'axe du faisceau au-dessus du sol à l'endroit où le récepteur se trouve est Indiquée maintenant par une échelle graduée fixée au montant central. Selon une variante, on pourrait effectuer cette mesure au moyen d'une référence par rapport à la hauteur au-dessus d'un point voulu ou au moyen d'un potentiomètre calibré et d'un indicateur, ou d'un indicateur de hau- teur avec une référence en contact avec le sol. Le récepteur est clairement calibré pour permettre de lire rapidement les différences de niveau.
La précision avec laquelle cette mesure de la hauteur peut être déterminée est supérieure à 2,5 mm.
Lorsqu'une particularité de l'émetteur réside dans le fait que la largeur verticale du faisceau ne varie pas dans une gran- de mesure avec la distance, une particularité du récepteur réside
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dans le fait que le moteur s'arrête de façon à maintenir l'axe de l'ensemble transducteur sur l'axe précis du faisceau lumineux pro- venant de l'émetteur, et que le moteur ne s'arrête que lorsque l'élément collimateur arrive à ce point, et non à un autre moment, excepté lorsqu'il est comnuté au moyen du commutateur 32 ou par des interrupteurs limiteurs placés aux extrémités de la course montante et de la course descendante.
Le mode de fonctionnement décrit est applicable égale- ment au type de mesure pour une levée de plan qui est appelée "établissement des angles et gradients verticaux', comprenant 1' établissement de gradients par rapport à des angles d'inclinaison précédemment établis. Dans ce cas, on établit d'abord une référence verticale et horizontale exacte au moyen du dispositif prévu à cet effet à la fois sur l'émetteur et le récepteur, puis on effectue le soulèvement ou l'abaissement du boîtier de l'émetteur et de la tête du récepteur suivant l'angle voulu de façon précise par rap- port aux données établies. La succession finale des opérations est sensiblement comme précédemment décrit pour la détermination des levées de plans horizontales.
On peut apporter diverses modifications à la forme de réalisation décrite ci-dessus.
On peut remplacer la source lumineuse par d'autres sou- ces d'énergie à la fois cohérentes et incohérentes. Une telle source est le laser optique, dont des formes de réalisation peuvent utili- ser une tige de rubis ou d'émeraude et une photo-pompe pour engendrer un faisceau parallèle cohérent sans autres éléments optiques dans l'émetteur et qui augmentent la portée de l'équipement à 80 km tout en maintenant une précision verticale de 2,5 mm.
Pour faciliter la mobilité, à la fois de l'émetteur et le récepteur peuvent être montés sur des plates-formes mobiles.
Des moyens de mise de niveau automatique pour l'émetteur!! et le récepteur peuvent être incorporés et peuvent être combinés avec* des dispositifs de commutation électriques appropriés de façon que
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la source lumineuse de l'émetteur ne puisse être commuté. que lors- que le système optique est coordonné d'une façon précise dans un plan correct, c'est-à-dire à la fois horizontalement et en azimuth.
Un procédé de mise de niveau automatique consisterait à suspendre la partie associée de l'équipement à la cardan pour prendre une posi- tion engendrée par la pesanteur.
Si nécessaire, on peut faire en sorte que la largeur horizontale du faisceau soit très grande en utilisant par exemple un très long filament mince pour la source lumineuse. Ceci faci- literait l'utilisation de plus d'un récepteur avec un tel émetteur.
On peut prévoir un circuit électronique et un méca- nisme appropriés commandés par moteur pour l'émetteur, l'amenant et lui permettant de se coincer automatiquement sur le récepteur.
On peut prévoir dans Précepteur un dispositif d'enre- gistrement automatique qui enregistre chaque lecture de hauteur sans que l'opérateur y prête attention. Un procédé consisterait à fixer un potentiomètre de précision à l'arbre du moteur par l'intermédiai- re d'une forme appropriée d'embrayage et de train d'engrenage. La tension de sortie du potentiomètre commanderait le mécanisme d'en- registrement qui enregistrerait sur un papier marqué de façon appro- priée. Un enregistrement permanent serait ainsi obtenu d'une façon automatique.
En prévoyant un moyen soit sur l'émetteur, soit sur le récepteur, on peut mesurer la distance comprise entre eux à une très grande précision. Un procédé consiste à prévoir des dispositifs tachymétriques appropriés qui pourraient facilement être interprétés par un observateur.
L'invention n'est pas limitée à des applications de le- vées de plans. Par exemple, on peut l'incorporer dans un dispositif d'atterrissage sans visibilité ou radio-goniomètre monté sur un avion ou un véhicule spatial. Etant donné que l'équipement émet aussi bien une lumière infrarouge que la lumière visible, une adapta- tion de l'équipement de base fournirait un moyen relativement peu
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coûteux pour fournir une information quant à la position au pi- lote humain ou au pilote automatique d'un avion. Selon une va- riante, on pourrait utiliser un système entièrement automatique qui se substituerait au pilote au moment de l'approche et de l'atterrissage.
On prévoit que suivant une particularité de l'invention, cet équipement pourrait présenter plus d'un émetteur dont le fais- ceau est modulé d'une façon prédéterminée et précise.
L'invention peut être adaptée pour fournir une infor- mation de navigation pour les bateaux, et par extension, pour fournir une commande automatique de direction et de vitesse à un bateau dans des conditions de mauvaise visibilité dans des passages d'eau et des ports étroits ou différents. L'invention pourrait être également utilisée pour compléter l'information fournie par les phares. On obtient une lumière visible d'une gran- de intensité ainsi qu'un rayonnement infrarouge très intense, et chacun d' eux peut être utilisé pour fournir une information d' avertissement et de navigation. De nouveau, plus d'un émetteur dont le faisceau est modulé de façon prédéterminée et précise et plus d'un récepteur pourraient être nécessaires pour fournir cette infor- mation.