LU87577A1 - Dispositif et procede de mesure telemetrique d'une distance et application a une sonde radar pour determiner la carte topographicque de la surface de chargement d'un four a cuve - Google Patents

Description

DISPOSITIF ET PROCEDE DE MESURE TELEMETRIQUE D'UNE DISTANCE ET APPLICATION A UNE SONDE RADAR POUR DETERMINER LA CARTE TOPOGRAPHIQUE DE LA SURFACE DE CHARGEMENT D'UN FOUR A CUVE.

La présente invention concerne un dispositif et un procédé de mesure tèlémétriaue de la distance d'un point de réflexion d'ondes électromagnétiques émises et reçues à l'aide d'une sonde radar et l'application de ce dispositif et procédé à la détermination de la carte topographique de la surface de chargement d'un four à cuve.

L'utilisation de sondes radar pour la détermination du profil de la surface de chargement d'un four à cuve est connue depuis un certain temps (voir par exemple le brevet US 4 744 040). Les sondes radar ont, en effet, plusieurs avantages importants par rapport aux sondes mécaniques, dont le plus important est celui de la rapidité de la mesure, ce qui permet, par exemple, de mesurer plusieurs points ou d'effectuer un balayage afin de déterminer le profil de la surface de chargement, contrairement à la plupart des sondes mécaniques qui ne peuvent effectuer que des mesures ponctuelles. Malheureusement, ces sondes radar avaient, jusqu'à présent, par rapport aux sondes mécaniques le handicap d'être beaucoup plus coûteuses. Toutefois, la diminution du prix des composants électroniques rendent les sondes radar de plus en plus concurrentielles.

Parmi les sondes radars on distingue essentiellement deux types différents, à savoir les sondes dites monostatiques, c'est-à-dire celles qui possèdent une seule antenne faisant à la fois fonction d'émetteur et de récepteur des ondes radar et les sondes dites bistatiques qui comportent deux antennes séparées, l'une faisant fonction d'antenne émettrice et l'autre d'antenne réceptrice des ondes radar réfléchies. Chaque type de sonde a ses avantages et inconvénients bien spécifiques. Ainsi, par exemple, les sondes monostatiques doivent comporter des moyens, tels qu'un circulateur à noyau magnétique pour séparer le signal capté du signal émis, dont l'amplitude est généralement plus grande. L'inconvénient majeur des sondes monostatiques, surtout en mode continu, c'est-à-dire non pulsé, est le faible pouvoir de séparation entre le signal transmis et le signal reçu. L'avantage de la sonde monostatique est sa simplicité mécanique et une plus grande ouverture d'antenne, c'est-à-dire un gain plus sensible pour une ouverture donnée.

L'avantage d'une sonde bistatique est de permettre une meilleure séparation entre le signal émis et le signal reçu. Par contre, 1'inconvénient des antennes bistatiques, est le parcours oblique du faisceau radar entre l'émetteur et le récepteur, c'est-à-dire l'angle de réflexion. Etant donné que cet angle de réflexion augmente au fur et à mesure que la distance à mesurer diminue, les sondes bistatiques conviennent moins pour mesurer les courtes distances.

Le but de la présente invention est de prévoir un procédé et un dispositif de mesure télémétrique d'une distance à l'aide d'un faisceau radar qui offre les avantages des sondes bistatiques et des sondes monostat iques.

Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un dispositif de mesure télémétrique de la distance d'un point de réflexion d'ondes électromagnétiques émises et reçues à l'aide d'une sonde radar, caractérisé par une antenne émettrice qui fait également fonction d'antenne réceptrice et par une antenne réceptrice pour recevoir les signaux émis par l'antenne émettrice et réfléchis au point de réflexion et par deux unités de traitement de données, l'une pour les signaux captés par l'antenne émettrice-réceptrice et transmis à travers un circulateur et un premier mélangeur, l'autre pour les signaux captés par l'antenne réceptrice et transmis à travers un second mélangeur.

Le dispositif comporte, de préférence, un comparateur pour comparer les signaux de mesure fournis par chacune des unités de traitement.

L'invention prévoit également un procédé de mesure télémétrique à l'aide de ce dispositif, qui est caractérisé en ce que la distance est calculée à l'aide des signaux captés par une antenne émettrice-réceptr ice pour des distances inférieures à un seuil déterminé et à l'aide des signaux captés par l'antenne réceptrice pour les distances supérieures au seuil prédéterminé.

Les deux distances calculées à partir des signaux captés par chacune des deux antennes peuvent également être comparées en permanence dans un but de contrôle de manière à pouvoir répéter les mesures lorsque la différence entre les deux distances dépasse une valeur prédéterminée.

Autrement dit, le dispositif proposé par la présente invention fonctionne, de préférence, en mode monostatique pour la mesure de distances courtes et en mode bistatique pour des distances plus grandes, la commutation d'un mode à l'autre pouvant être effectuée automatiquement à partir d'une distance déterminée arbitrairement ou être commandé sous le contrôle d’une comparaison des mesures effectuées par chacun des deux modes de fonctionnement.

D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée d'un mode de réalisation avantageux présenté ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés, dans lesquelles: la figure 1 montre un schéma en bloc d'une sonde connue à antenne monostatique; la figure 2 montre un schéma en bloc d'une sonde connue à antenne bistatique et la figure 3 montre un schéma en bloc d'une sonde conformément à la présente invention, pouvant fonctionner en mode monostatique et en mode bistatique.

La sonde représentée sur la figure 1 comporte un oscillateur à haute fréquence 10 qui est commandé, de façon connue en soi, par un modulateur pour engendrer un signal à fréquence modulé. Ce signal est scindé dans un diviseur 12 en un signal transmis T et un signal de référence REF. Le signal T est transmis à travers un circulateur 14 et un guide d'ondes 16 à une antenne monostatique 18 qui émet un faisceau de micro-ondes modulé T vers la surface 20 dont il s'agit de mesurer la distance et qui capte les signaux R réfléchis sur cette surface. Le signal réfléchi R ainsi capté par l'antenne 18 est retransmis à travers le guide d'ondes 16 vers le circulateur 14 qui est une sorte d'aiguillage électronique pour aiguiller le signal R vers un mélangeur 22. Dans ce mélangeur 22 le signal réfléchi R est identifié par comparaison avec le signal de référence REF et est ensuite envoyé vers une unité de traitement de données pour calculer, de façon connue en soi, la hauteur H entre l'antenne 18 et la surface de réflexion 20.

Comme indiqué plus haut, une antenne monostatique présente l'inconvénient qu'il est difficile d'identifier correctement le signal réfléchi R. En effet, même en cas de fonctionnement optimal du circulateur et du guide d'ondes 16, une partie du signal transmis T est dévié à travers le circulateur 14 vers le mélangeur 22, tandis que des réflexions se produisant dans le guide d'ondes et renvoient d'autres signaux vers le circulateur et le mélangeur, tous ces signaux parasites étant représentés par X sur la figure 1. Il est dès lors difficile de faire la distinction entre les signaux parasites X et les signaux de mesure T. Etant donné, en outre, que les réflexions parasites varient en fonction de la fréquence, une large bande de modulation de fréquence occasionne des signaux parasitaires importants qui ne peuvent pas être éliminés dans un filtre. Le problème s'aggrave avec l'augmentation de la hauteur de mesure H, car les signaux réfléchis sur la surface 20 deviennent d'autant plus faibles et peuvent être masqués par les signaux parasites. Par contre, pour les faibles distances, les signaux réfléchis R sont plus importants et l'interférence avec les signaux parasites à moins d'effet.

La figure 2 montre une sonde radar dite bistatique. Un signal modulé en fréquence est engendré par un oscillateur haute fréquence 30 et séparé dans le diviseur 32 en un signal de référence REF et un signal transmis T. Ce dernier est envoyé à travers un guide d'ondes 34 et une antenne émettrice 36 sur la surface 20 dont on veut mesurer la distance et le signal R réfléchi par celle-ci est capté par une antenne réceptrice séparée 38. Le signal réfléchi R est envoyé à travers un guide d'ondes 40 et est identifié dans le mélangeur 42 par comparaison avec le signal de référence avant d'être traité dans une unité de traitement de données pour calculer, de manière connue en soi, la hauteur H. Ce système présente l'avantage qu'il n'y a pas de croisement entre les signaux transmis et les signaux réfléchis de sorte qu'il y a une meilleure détection du signal réfléchi, ce qui rend ce système avantageux lorsque le signal réfléchi est faible, c'est-à-dire pour des hauteurs H relativement importantes.

Par contre, ce système souffre d'un handicap par rapport aux antennes monostatiques lorsque les mesures sont faites à faible distance de la surface de réflexion 20. En effet, étant donné que les deux antennes 36 et 38 sont placées côte à côte, le signal réfléchi R est capté sous un certain angle de réception Θ et cet angle doit être pris en considération pour le calcul de la hauteur H, notamment lorsque celle-ci diminue. A des distances très faibles, cet angle devient même tellement important qu'il peut bloquer la réception correcte par l'antenne 38 et rendre difficile, voir impossible le traitement des données et le calcul de la hauteur H.

L'antenne proposée par la présente invention est représentée sur le schéma en bloc de la figure 3 et est une combinaison des systèmes des figures 1 et 2, c'est-à-dire qu'on utilise simultanément le fonctionnement monostatique et le fonctionnement bistatique. La sonde selon la présente invention comporte également un oscillateur haute fréquence 50 pour engendrer un signal modulé en fréquence qui, dans un diviseur 52 est séparé en un signal transmis T et, non pas un, mais deux signaux de référence REF et REF . Le signal transmis T est envoyé à travers un guide d'onde 56 vers une antenne 58 qui est une antenne émettrice et réceptrice et qui peut fonctionner en mode monostatique. Cette antenne émet un faisceau de microondes T en direction de la surface 20 et les signaux réfléchis RM sont captés par cette même antenne 58 et renvoyés à travers le guide d'onde 56 vers un circulateur 54 qui aiguille le signal réfléchi RM vers un premier mélangeur 60 ou le signal réfléchi RM est identifié par comparaison avec le premier signal de référence REF .

Une seconde antenne 62 disposée à côté de l'antenne 58 peut également capter des signaux RB réfléchis du faisceau envoyé par l'antenne 58. Ces signaux réfléchis RB captés par l'antenne 62 sont envoyés à travers un guide d'onde 64 vers un second mélangeur 66 dans lequel ils sont identifiés par comparaison avec le second signal de référence REF2 . Les deux signaux réfléchis RM et RB sont ensuite traités séparément et respectivement dans deux unités de traitement de données 68, 70 pour calculer, de manière connue en soi, la distance entre les antennes 58, 62 et la surface de réflexion 20 qui, en l'occurrence, est la surface de chargement d'un four à cuve. Le signal RM produit en mode monostatique et traversant le circulateur 54 est utilisé essentiellement pour calculer les distances faibles, pour lesquelles le signal réfléchi domine largement les signaux parasites et peut être facilement identifié. Par contre, pour des distances plus grandes et pour lesquelles l'angle de réflexion du signal réfléchi RB est plus faible et que, de ce fait, son influence peut être facilement éliminé dans les calculs, on utilise le signal RB de l'antenne 62 en fonctionnement bistatique. La commutation entre les deux modes de fonctionnement peut être préréglée à une distance optimale déterminée par voie théorique ou empirique.

Selon un mode d'exécution avantageux, on peut utiliser les deux mesures en permanence pour effectuer un contrôle mutuel de celles-ci. Même si l'un ou l'autre des deux signaux RM ou RB est sélectionné automatiquement à partir d'un certain niveau de la surface de chargement 20 on peut comparer en permanence le résultat de la mesure monostatique à celui de la mesure bistatique. Ceci permet une détection rapide d'une erreur occasionnelle de mesure lorsque les résultats sont sensiblement différents. Si ce cas se présente, il est possible de prévoir l'émission d'un signal d'alarme ou de recommencer automatiquement les mesures.

Comme représenté sur la figure 3 les résultats de mesure HM et HB des unités de traitement de données 68 et 70 sont envoyés dans un circuit logique de contrôle 72. Si, à la suite de la comparaison des mesures, HM diffère de HB d'une valeur prédéterminée il y a soit un signal d'alarme, soit répétition des mesures. Par contre, si HM est à peu près égal à HB les mesures sont affichées ou mémorisées.

En résumé, on peut dire que la sonde radar proposée par la présente invention et montrée sur la figure 3 permet d'éliminer les erreurs systématiques, des sondes monostatiques et celles des sondes bistatiques.

Claims (5)

1. Dispositif de mesure télémétrique de la distance d’un point de réflexion d'ondes électromagnétiques émises et reçues à l’aide d'une sonde radar, caractérisé par une antenne émettrice (58) qui fait également fonction d'antenne réceptrice et par une antenne réceptrice (52) pour recevoir les signaux émis par l'antenne émettrice (58) et réfléchis au point de réflexion (20), et par deux unités de traitement de données (68), (70) l'une pour les signaux RM captés par l'antenne émettrice-réceptrice (58) et transmis à travers par un circulateur (54) et un premier mélangeur (60), l'autre pour les signaux RB captés par l'antenne réceptrice (62) et transmis à travers un second mé1angeur (66).

2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé par un comparateur (72) pour comparer les signaux de mesure HM, HB fournis par chacune des unités de traitement (68, 70).

3. Procédé de mesure télémétrique de la distance d'un point de réflexion d'ondes électromagnétiques à l'aide d'un dispositif selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la distance H est calculée à l'aide des signaux RM captés par l'antenne émettrice -réceptrice (58) pour des distances inférieures à un seuil déterminé et à l'aide des signaux RB captés par l'antenne réceptrice (62) pour les distances supérieures au seuil prédéterminé.

4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les deux distances HM, HB calculées à partir des signaux captés par chacune des deux antennes (58, 62 sont comparées en permanence et en ce que les mesures sont répétées lorsque la différence entre les deux distances HM, HB dépasse une valeur prédéterminée.

5. Application du dispositif selon les revendications 1 et 2 et du procédé selon les revendications 3 et 4 à la détermination de la carte topographique de la surface de chargement d'un four à cuve.