FR2467383A1 - Procede et appareil pour determiner la vitesse de la lumiere dans diverses conditions ambiantes, en combinaison avec un interferometre - Google Patents

Abstract

Procédé et appareil pour étalonner un instrument de mesure optique. On utilise un tube 30 dans lequel on peut faire le vide pour séparer deux éléments optiques 32, 34 espacés d'une longueur connue L. On emploie un interféromètre à laser pour mesurer le changement de distance apparent DELTA entre les deux éléments lorsque le tube est rempli d'air ambiant et lorsqu'il est mis sous vide. On peut alors calculer le facteur d'étalonnage VA de l'interféromètre au moyen de l'équation VA = 1 - DELTA/L, VA étant le rapport de la longueur d'onde de la lumière laser dans le vide à la longueur d'onde de cette lumière dans l'air ambiant. Ce facteur est utilisé pour corriger les mesures effectuées ensuite afin de compenser les conditions de température, pression et humidité relative existantes. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

-1 - La présente invention se rapporte à la

mesure de distances et elle a trait plus particulière-

ment à un procédé et à un appareil pour déterminer la

vitesse de la lumière dans diverses conditions ambian-

tes, en combinaison avec un appareil de mesure opti- que.

Les interféromètres capables de mesu-

rer des distances sont bien connus dans la technique

antérieure. Bien que la présente invention soit sus-

ceptible d'être utilisée avec les appareils de mesure optiques, considérés dans leur ensemble, un type d'un

tel instrument est un interféromètre à laser repré-

sentatif de l'état actuel de la technique, tel que

décrit dans le brevet des E.U.A. no 3.458.259, déli-

vré le 26 juillet 1969 aux noms de Bagley et autres,

et on a représenté ce type d'interféromètre en combi-

naison avec les modes de réalisation spécifiques de l'invention décrits et revendiqués dans la présente demande.

Les mesures de longueur par interféro-

métrie sont effectuées en comptant le nombre de lon-

gueurs d'onde de la lumière que contient la distance

à mesurer. La fréquence de la lumière dans un inter-

féromètre à laser, tel que le dispositif du brevet Bagley et autres, est fixe; la longueur d'onde de la lumière dépend de la vitesse de la lumière dans la

situation déterminée par le milieu ambiant. Par con-

séquent, la vitesse ambiante de la lumière de l'inter-

féromètre varie avec la pression atmosphérique, la

température et l'humidité relative du milieu environ-

nant. Il faut prendre ces facteurs en considération pour pouvoir connaître la vitesse ambiante vraie de la lumière dans un interféromètre à laser afin de

pouvoir obtenir une évaluation précise de la mesure.

-2- L'interféromètre à laser Hewlet-Packard modèle 5501A est un instrument du type décrit dans le

brevet des E.U.A. Bagley et autres précité. Cet ins-

trument interférométrique, comme on le décrira de ma-

nière plus détaillée ci-après, produit deux faisceaux

lumineux ayant des fréquences différentes qui sont mé-

langés ensemble et dont la fréquence de battement ré-

sultante est déterminée. L'appareil qui mesure la fréquence de battement a une vitesse de dépistage

limitée lorsque les conditions ambiantes changent.

Cet appareil de mesure de la technique

antérieure mesure les distances ou longueurs en uni-

tés de longueur (ou fractions) constituées par la lon-

gueur d'onde de la lumière laser dans l'air ambiant.

La longueur d'onde de la lumière laser

dans l'air ambiant change constamment avec les varia-

tions atmosphériques et doit, par conséquent, être continuellement mesurée. Cette longueur d'onde est toujours plus grande que la longueur d'onde dans le vide connue du fait de la densité de l'air et de son indice de réfraction. Ceci produit une diminution de la longueur d'onde d'un facteur d'environ 0,9997300, plus ou moins 0,0001000. Ce nombre est

appelé ici valeur VA, ou rapport vide/air.

Par commodité, un compteur multiplica-

teur par la valeur VA est utilisé qui affiche les quatre derniers chiffres de ce nombre. Le dernier

chiffre est une partie sur dix millions.

Cette fraction décimale, VA, est le rapport de la longueur d'onde de la lumière laser dans le vide à la longueur d'onde de la lumière laser dans l'air ambiant. Dans cette fraction, la longueur

d'onde de la lumière laser dans le vide est représen-

tée comme étant égale à l'unité.

-3-

Le compteur multiplicateur par la va-

leur VA est utilisé dans l'instrument de mesure pour corriger la longueur d'onde de la lumière laser dans

l'air ambiant de façon qu'elle corresponde à la lon-

gueur d'onde connue de la lumière laser dans le vide de sorte que les mesures effectuées dans l'air ambiant

sont en harmonie avec celles effectuées dans le vide.

Cet instrument nécessite pour son fonctionnement que la vitesse de la lumière dans le milieu ambiant soit

fournie à l'instrument sous la forme d'un nombre dé-

cimal de sept chiffres qui est égal à la fraction: longueur d'onde dans le vide/longueur d'onde dans

l'air ambiant.

Ci-après, ce rapport sera appelé le rapport VA. Dans des conditions ambiantes types, ce nombre peut être d'approximativement 0,9997000 bien

qu'il puisse varier entre 0,9996000 et 0,999800.

Jusqu'à présent, deux procédés ont été utilisés pour

obtenir ce rapport.

*1. On mesure la pression atmosphérique, la température et l'humidité en utilisant un baromètre, un thermomètre et un hygromètre corrigés. Ensuite, on

utilise des tables de référence existantes pour trou-

ver, à l'aide de ces valeurs, le nombre représentant le rapport des longueurs du trajet pour les conditions atmosphériques; et 2. L'appareil compensateur automatique Hewlett-Packard no 5510 utilisé avec l'interféromètre

Hewlett-Packard ci-dessus mentionné utilis:r des cap-

teurs pour mesurer la pression atmosphérique, la tem-

pérature et l'humidité relative. Cet appareil compen-

sateur calcule périodiquement et automatiquement le

nombre qui représente le rapport dont on a besoin.

Ce nombre est alors appliqué à l'ins-

-4- trument de mesure pour corriger la longueur d'onde utilisée par le rapport de la longueur d'onde dans le vide à la longueur d'onde dans l'air ambiant et

utiliser cette longueur d'onde corrigée pour la me-

surer.

Chacun des procédés ci-dessus est sus-

ceptible d'être l'objet d'erreurs. Des erreurs humai-

nes de lecture et de calcul se produisent dans le

premier procédé. Des erreurs des capteurs et, occa-

sionnellement, des erreurs de rapport se produisent

dans le second procédé.

Enfin, un appareil compensateur de la-

ser en milieu ambiant a été récemment mis au point, cet appareil étant décrit dans la demande de brevet des E.U.A. no 946.465 déposée le 28 septembre 1978 par C.L. Ferrand et autres et ayant pour titre: "Appareil interférométrique". Ce compensateur est

conçu pour être également utilisé avec un tel inter-

féromètre à laser et il fonctionne convenablement pour suivre le changement du rapport de longueurs

d'onde dans des conditions ambiantes changeantes.

Cependant, cet appareil nécessite également la dé-

termination d'un nombre de rapport VA initial, et dans cet appareil, ce nombre est obtenu au moyen d'une comparaison précise d'un étalon de longueur avec un axe de mesure de l'appareil à laser. Ceci nécessite le positionnement de l'axe de mesure du

laser ce qui n'est pas possible ou n'est pas désira-

ble dans toutes les applications.

Conformément à la présente invention, une partie ayant une longueur connue prédéterminée du trajet optique d'un interféromètre à laser est enfermée dans un récipient. On peut déterminer la longueur connue prédéterminée du trajet optique dans -5- le récipient sur son lieu de fabrication en mesurant

la longueur du trajet à une température connue.

On remplit le récipient d'air ambiant puis on y fait le vide, lorsque l'air est évacué du récipient, à une vitesse inférieure à la vitesse de dépistage de l'interféromètre à laser, la longueur

d'onde de la lumière s'accroit et le nombre de lon-

gueurs d'onde contenu dans le trajet fixe diminue.

Le changement apparent de longueur du trajet optique dé au changement de la longueur d'onde de la lumière, lorsque l'atmosphère ambiante est remplacée par le vide, est indiqué par le laser à interféromètre comme

une dimension.

La différence indiquée de longueur du trajet optique entre les conditions ambiantes et la condition de vide, appelée ci-après valeur L, est alors utilisée pour calculer le rapport d'étalonnage VA requis au moyen de la relation mathématique:

1 - VA = L/L, dans laquelle L est la longueur prédé-

terminée connue du trajet optique dans le récipient Une caractéristique avantageuse du procédé et de l'appareil de la présente invention

réside en ce que le rapport VA désiré peut être dé-

terminé avec une précision de sept décimales tandis qu'il suffit de connaître la longueur prédéterminée L du trajet optique dans le récipient et le changement mesuré de la longueur du trajet optique A avec une précision de quatre décimales. En utilisant l'appareil

de l'invention, on peut mesurer le changement de lon-

gueur d'onde, tel qu'influencé par l'atmosphère, avec une précision d'un quatre-vingtième de longueur d'onde ou d'une partie sur un million. Si l'on suppose aue le rapport VA est de 0,999700, ce rapport peut être déterminé jusqu'à la septième décimale soit 0,9997000, -6- L'intervalle de la différence entre la longueur d'onde dans l'atmosphère ambiante et la longueur d'onde dans

le vide (1-VA) est égal à 0,0003000 et peut être dé-

terminé avec une précision de + 1 partie sur 3000, ou approximativement 0, 05 Ne Si le changement de lon-

gueur mesuré du numérateur est mesuré avec une préci-

sion de un sur dix mille, il suffit d'obtenir la lon-

gueur de dénomination L avec la même précision.

En résumé, la présente invention a pour

objet un appareil pour étalonner un instrument de me-

sure optique, cet instrument ayant une source de lu-

mi ère, des moyens pour diriger la lumière de la source entre des premier et second éléments optiques suivant

un trajet optique et comportant des moyens pour mesu-

rer et indiquer le changement de longueur du trajet optique dans les conditions de l'atmosphère ambiante

et dans le vide. L'appareil d'étalonnage de la présen-

te invention comporte des premier et second éléments

optiques espacés l'un de l'autre d'une distance con-

nue prédéterminée pour définir un trajet-optique li-

néaire et une enceinte enfermant ce trajet optique.

L'enceinte comporte, en outre, des moyens pour admet-

tre la lumière à partir du premier élément optique

suivant le trajet optique en direction du second élé-

ment optique et des moyens pour diriger la lumière à partir du second élément optique suivant le trajet

optique en direction du premier élément optique.

L'enceinte comporte des moyens pour y admètre l'air ambiant et des moyens sont également raccordés à

l'enceinte pour en évacuer l'air à un débit qui cor-

respond à une vitesse de dépistage approprié.

Le procédé de la présente invention qui a pour but d'étalonner un instrument de mesure

optique qui comporte une source-de lumière, qui diri-

- 7-

ge la lumière de la source entre des premier et se-

cond éléments optiques suivant un trajet optique li-

néaire et qui comporte des moyens pour mesurer et indiquer le changement de longueur entre les éléments optiques suivant le trajet optique. Le procédé compor- te les étapes qui consistent:

a) à espacer l'un de l'autre les pre-

mier et second éléments optiques d'une distance pré-

déterminée connue, L, à une température donnée le long d'un trajet optique linéaire; b) à remplir l'espace situé entre les premier et second éléments optiques, d'atmosphère ambiante; c) à faire le vide dans l'espace situé entre les premier et second éléments optiques pour soustraire le trajet optique aux conditions du milieu ambiant; d) à utiliser l'instrument de mesure

pour mesurer le changement de distance entre les pre-

mier et second éléments optiques suivant le trajet optique mis sous vide et à enregistrer le changement de distance indiqué par l'instrument de mesure; et e) à calculer un facteur d'étalonnage

VA pour l'instrument de mesure à partir de la diffé-

rence de longueur indiquée ts des trajets optiques mis

sous vide et non mis sous vide en utilisant l'équa-

tion: VA - A -ts/L dans laquelle VA représente le rapport de la longueur d'onde de la lumière de l'instrument de mesure dans

les conditions du vide à la longueur d'onde de la lu-

mière de l'instrument de mesure dans les conditions ambiantes. Le facteur d'étalonnage VA peut alors être utilisé pour convertir les mesures indiquées par -8- l'instrument de mesure, effectuées dans ces conditions du milieu ambiant, en distances équivalentes à celles qui seraient effectuées sous vide. On peut inverser le processus ci-dessus en faisant tout d'abord le vide dans l'espace situé entre les éléments optiques puis en mesurant le changement de distances après que l'ai

ambiant a été admis dans cet espace.

D'autres caractéristiques de l'inven-

tion apparaîtront à la lecture de la description qui

va suivre et à l'examen du dessin annexé dans lequel: La Figure 1 est une représentation

schématique d'un premier mode de réalisation spécifi-

que de la présente invention; La Figure 2 représente un schéma d'un second mode de réalisation spécifique de la présente invention conçu pour être positionné dans le trajet mort d'un axe de mesure d'un interféromètre à laser; La Figure 3 représente un schéma

d'un troisième mode de réalisation spécifique de l'in-

vention positionné sur un axe d'étalonnage séparé d'un

interféromètre à laser à deux axes.

Le procédé et l'appareil de la présente invention sont susceptibles d'être utilisés avec tout dispositif de mesure optique qui utilise la longueur

d'onde (ou vitesse relative) de la lumière dans un mi-

lieu ambiant pour mesurer la distance entre deux élé-

ments optiques; cependant, les modes de réalisation spécifiques de l'invention qui ont été représentés sur le dessin emploient un instrument qui ressemble en

grande partie à celui décrit dans le brevet des E.U.A.

précité aux noms de Bagley et autres, tel que l'inter-

féromètre à laser bien connu, disponible-dans le com-

merce, Hewlett Packard nc 5501A.

La Figure 1 représente un premier mode-

-9- de réalisation de l'invention qui est, peut être, le

plus simple. Une source lumineuse 10, qui est une sour-

ce de lumière laser à haute stabilité est constituée par un transducteur laser Hewlett-Packard 5501A Qui sert de base pour les mesures de distance. Plus pré- cisément, la source 10 est un laser à un seul mode à deux fréquences qui produit un faisceau de lumière 12 comprenant deux composantes qui ont, respectivement, une fréquence f1 et une fréquence f2' La fréquence f2

diffère de la fréquence f1 d'une fréquence intermé-

diaire qui peut être comptée, par exemple de 2000 kHz.

Ce laser 10 à un seul mode à deux fréquences peut être un laser à tube ayant des miroirs internes espacés

montés à l'intérieur du tube face à face et perpendi-

culairement à l'axe du tube pour permettre à toutes les polarisations d'être amplifiées directement et ayant un champ magnétique superposé le long du tube pour produire des composantes de lumière polarisées

circulairement à droite et à gauche ayant des fréquen-

ces différentes.

Le faisceau de sortie 12 du laser 10 est dirigé vers un diviseur de faisceau polarisant ou

interféromètre 20. Cet interféromètre 20 est un divi-

seur de faisceau polarisant qui divise le faisceau 12

en un faisceau de référence et en un faisceau de mesu-

re et combine ultérieurement ces deux faisceaux pour produire une fréquence intermédiaire de battement. De l'autre côté de l'interféromètre 20 est disposée une plaque quart-d'onde 25. A un emplacement plus éloigné

sur le trajet optique établi par la source 10 de fais-

ceau laser est disposé un tube d'acier cylindrique 30 qui peut avoir une longueur de 127 mm et qui comporte deux fenêtres planes transparentes en verre 32, 34 chacune adaptée de manière hermétiquement étanche à -10-

l'une de ses deux extrémités.

Une pompe à vide mécanique 40 est rac-

cordée avec l'intérieur du tube cylindrique 30 et un

robinet réglable 42 est également raccordé avec l'in-

térieur du tube, le robinet pouvant admettre l'air ambiant ou être fermé pour obturer complètement le

tube 30. Un réflecteur 50 à miroir plan est position-

né à l'extrémité éloignée du trajet optique.

Un détecteur-récepteur 60 est aligné

avec le faisceau lumineux de sortie de l'interféromè-

tre 20. Le détecteur 60 détecte à la fois le faisceau

de sortie du laser et le faisceau de sortie de l'inter-

féromètre pour produire une fréquence intermédiaire de

2000 kHz, et il est, à son tour, raccordé à un dispo-

sitif 70 de sortie à impulsions en système métrique/ système anglo-saxon qui est raccordé à un appareil d'affichage numérique 80. Le circuit électronique de sortie 70 comporte également un circuit compensateur

qui permet l'introduction de la compensation VA décri-

te ci-dessus.

Le faisceau 12 qui entre dans l'inter-

féromètre 20 est divisé en deux composantes respecti-

vement de fréquence f1 et de fréquence f2 qui retour-

nent au détecteur récepteur 60 après réflexion par le miroir 50. La composante f1 est transmise au miroir

et réfléchie sur elle-même avec une légère diffé-

rence de fréquence due au décalage Doppler, L2Sf, lorsqu'il se produit un déplacement relatif entre l'interféromètre 20 et le réflecteur 50. La plaque quart-d'onde 25 provoque la rotation de 900 de la polarisation de la fréquence de retour de sorte.que la fréquence f1 + Af est réfléchie une seconde fois par l'interféromètre 20 pour être à nouveau décalée par effet Doppler. La polarisation de fréquence -11- f1 2LSf est à nouveau déplacée en rotation de 900 de sorte qu'elle est maintenant retransmise au récepteur

60. (La composante de fréquence f2 est réfléchie direc-

tement par l'interféromètre 20 vers le récepteur 60).

Le doublement de la résolution est une conséquence

inhérente du décalage Doppler supplémentaire. Le mou-

vement relatif entre l'interféfomètre 20 et le miroir

provoque un changement de la fréquence intermédiai-

re mesurée par le récepteur 60 et cette fréquence dif-

férentielle modulée par effet Doppler f2 - f1 + 2LAf a sa phase détectée, puis est multipliée, intégrée et amplifiée par le circuit électronique de sortie 70 et affichée par le dispositif d'affichage numérique 80

en unies anglaisesou métriques.

En fonctionnement, le mode de réalisa-

tion spécifique de la Figure 1 est utilisé pour déter-

miner le facteur d'étalonnage VA de la manière suivan-

te. Initialement, la longueur vraie L du tube 30 entre les fenêtres 32 et 34 est mesurée avec précision. La

longueur L du trajet optique enfermW entre les fenê-

tres 32 et 34 peut être également déterminée, lorsque le facteur VA est connu, par un autre procédé décrit

ci-après. Pour obtenir le facteur VA, on met tout d'a-

bord le tube 30 en communication avec l'atmosphère

ambiante, en ouvrant le robinet 42. On note l'indica-

tion du dispositif d'affichage numérique 80 ou on met

le dispositif d'affichage à "zéro" de façon qu'il indi-

que zéro. On ferme alors le robinet 42 et on actionne

la pompe mécanique 40 pour faire le vide dans l'inté-

rieur du tube 30. La pompe 40 peut être une pompe préliminaire d'un type courant et il suffit que le vide final soit de quelques dixièmes de millimètres de mercure. Le pompage s'effectue normalement en plusieurs minutes de sorte que tout changement peut -12- être facilement suivi par l'instrument de mesure optoélectronique. Lorsque le vide final stabilisé a été obtenu, on enregistre à nouveau l'indication

de l'affichage de l'instrument de mesure et la dif-

férence entre les mesures est la différence de lon- gueur indiquée, Al, entre le milieu ambiant et le vide, à ce moment. On peut alors obtenir le facteur d'étalonnage requis VA en utilisant l'équation VA - 1 - L/L dans laquelle A\ et L sont tous deux connus. Le facteur VA, tel que déterminé, est alors introduit dans les circuits 70,80 de l'instrument de mesure de sorte qu'ensuite les mesures étalonnées vraies effectuées entre l'interféromètre 20 et le réflecteur 50 seront précises dans les conditions précitées du milieu environnant. Il est évident que

ces opérations peuvent être répétées aussi fréquem-

ment que désiré dans le but de déterminer un nouveau facteur d'étalonnage, VA, lorsque les conditions du

milieu environnant changeantes le nécessitent.

Initiallement, c'est-à-dire lorsqu'on met initialement l'appareil en place, on peut mesurer la longueur L du trajet optique entre les fenêtres

32, 34 à l'intérieur du tube 30, au moyen de l'appa-

reil lui-même. Si la mesure.précédemment décrite du changement apparent de longueur AS et le facteur d'étalonnage précis VA sont connus, on peut alors

calculer la longueur L du trajet au moyen de la for-

mule L - L\/(1-VA). On peut déterminer le facteur d'étalonnage précis, VA, comme indiqué ci-dessus, en mesurant la température, l'humidité relative et la

pression atmosphérique de l'air ambiant puis en com-

sultant, en utilisant ces valeurs comme données d'en-

trée, un volume de tables tels que le "Manual Compen-

sator" (manuel des compensations) (Manuel n0 10756-

-13- 90002 publié par Hewlett-Packard en 1975) pour obtenir

une valeur de VA. Etant donné qu'au moyen de la pré-

sente invention, on peut obtenir immédiatement une

valeur précise du rapport VA, il n'est plus néces-

saire d'utiliser les mesures et les processus en bou- cle longs et pénibles que nécessite l'emploi de ces

tables.

Si l'on suppose que le trajet a une longueur L de 127 mm et que la résolution pour la détermination de la valeur de A est de 0,0254 Mum, on peut alors obtenir une précision de I x 107de la détermination de la valeur VA lorsque la longueur L du trajet est connue avec précision. On peut spécifier que la longueur L du trajet est connue exactement à

200C. Aux autres températures, la longueur L du tra-

* jet variera en fonction du coefficient de dilatation du-tube d'acier 30. Si l'on suppose que le tube 30 est fabriqué en un acier ayant un coefficient de dilatation linéaire de 11,7 x 10 6 / OC, la variation

de longueur dans les conditions de température nor-

males d'un laboratoire seront faibles.

Etant donné que le changement apparent A de la longueur du trajet est dû à la différence d'indice de réfraction entre le vide et les conditions atmosph1iques, la qualité du vide atteint pendant le mode d'étalonnage influence les résultats obtenus. Si

l'on admet que l'indice de réfraction de l'air est pro-

portionnel à la densité de l'air, on peut voir qu'un

vide égal à 1/1000 de la pression atmosphérique appor-

te une contribution à l'erreur du même ordre de gran-

deur qu'une erreur de longueur du trajet de 0,1 %.

La plupart des pompes à vide peuvent produire un vide

de 1 x 104 torr ou 0,1 pm de mercure. Ceci est appro-

ximativement égal à 0,000013 % de la pression atmos-

-14- phérique normale et on peut en conclure que l'on peut utiliser une pompe à vide quelconque de ce type sans

qu'il en résulte une erreur appréciable.

La Figure 2 représente un second mode de réalisation de l'invention qui est conçu pour être positionnée dans le trajet mort de l'axe de mesure d'un interféromètre à laser. Les élénents de ce mode

de réalisation sont, pour la plus grande partie, simi-

laires à ceux décrits en se référant à la Figure 1.

Une source 110 de faisceau laser à un seul mode à deux fréquences dirige un faisceau lumineux 112 dans un

interféromètre 120. De l'autre côté de l'interféro-

mètre 120 diviseur de faisceau polarisant est dispo-

sée une plaque quart-d'onde 125 et à cette plaque est adapté, de manière hermétiquement étanche, un tube cylindrique 130 en acier ayant une longueur connue L. A l'autre extrémité du tube 130 est adaptée d'une manière hermétiquement étanche une fenêtre 135 en

verre plat. Une pompe à vide mécanique 140 et un ro-

binet réglable 142 de mise à l'air libre sont égale-

ment raccordés à l'intérieur du tube. A l'extrémité éloignée de l'axe de mesure optique est disposé un miroir plan mobile 150. La fréquence de battement du faisceau de sortie de l'interféromètre est traitée par

un détecteur récepteur 160, par des circuits électro-

niques de sortie 170 et par un dispositif d'affichage numérique 180, tous ces éléments étant similaires aux éléments correspondants du premier mode de réalisation

d écrit.

Dans son mode de fonctionnement de me-

sure normal, l'instrument de la Figure 2 est utilisé

pour mesurer la distance entre une.position "zéro" pré-

détermirxé sur l'axe de mesure et le réflecteur 150.

La distance entre le centre de l'interféromètre 120 -15- et la position zéro est appelée le trajet mort, et elle

peut être entrée dans le circuit électronique de sor-

tie 170 de façon à ne pas avoir d'effet appréciable

sur la mesure indiquée par l'instrument. Dans l'ins-

trument représenté sur la Figure 2, le trajet mort est considéré comme étant la distance entre le centre de l'interféromètre 120 et la surface de la fenêtre transparente 135. Le trajet de mesure est la distance

entre la fenêtre 135 et le réflecteur 150.

Le mode de réalisation de la Figure 2

peut être converti d'un mode de fonctionnement d'éta-

lonnage à un mode de fonctionnement de mesure, Dans le mode d'étalonnage, un réflecteur amovible 150 peut

être placé en un point quelconque du trajet de mesure.

On effectue le processus d'étalonnage de la manière

décrite en se référant au premier mode de réalisation.

On met le dispositif d'affichage numérique 180 à zéro, on ferme le robinet 142 et on met en marche la pompe à vide 140. Lorsque l'intérieur du tube 130 en acier, qui a une longueur connue L, a été mis sous vide, on mesure le changement A de la distance indiquée. A la fin du processus de mise sous vide, on peut calculer le facteur d'étalonnage VA de la même manière que précédemment au moyen de la formule:

VA 1 - A /L

et entrer la valeur VA dans le circuit électronique compensateur du circuit de sortie 170. Après que le facteur VA a été entré dans le circuit électronique

, on peut mesurer la distance à partir de la posi-

tion zéro Jusqu'au réflecteur mobile 150 de manière précise, la mesure étant corrigée pour compenser les

conditions ambiantes.

Un troisième mode de réalisation spé-

cifique de 1a présente invention a été représenté sur p'- -16- la Figure 3. Ce mode de réalisation est incorporé à un instrument de mesure à laser à deux axes. Une source 210 de faisceau laser du type précédemment

décrit dirige son faisceau de sortie212 sur un divi-

seur de faisceau 214 qui divise la lumière en deux faisceauxperpendiculaires 216, 218 dont l'un 216 se propage suivant un axe d'étalonnage et dont l'autre

218 se propage suivant l'axe de mesure de l'instru- ment. j 10 Le faisceau d'étalonnage-216 traverse un interféromètre 220 et

une plaque quart-d'onde 225 IF pour parvenir à un réflecteur 250 à miroir plan. Un

tube cylindrique 230 en acier, ayant une longueur con-

nue est positionné entre la plaque quart-d'onde 225 t15 et le réflecteur 250 qui sont tous deux adaptés au

r tube 230 d'une manière hermétiquement étanche. Un ro-.

binet 242 de mise à l'atmosphère et une pompe à vide 240 sont également raccordés à l'intérieur du tube

230. Le faisceau de sortie de l'interféromètre 220.

t 20 est envoyé sur un détecteur 260 quitest connecté à un

- circuit électronique 270 et à un dispositif d'afficha-

....- ge numérique 280 similaires-aux éléments comparables..DTD: % décrits ci-dessus.

:;- Le faisceau de mesure 218 est transmis i-' 25 à un autre interféromètre 320, à une autre plaque quart-d'onde 325 puis, suivant un trajet de mesure, : Jusqu'à un réflecteur mobile 350 à miroir plan. La lumière de sortie de cet autre interféromètre 320 :? est envoyée à un autre détecteur 360 qui est connecté

f 30 à un circuit électronique de sortie 370 et à un dis-

< positif d'affichage numérique 380, tous ces éléments

étant similaires aux éléments comparables précédem-

_ ment décrits.

Pour étalonner l'axe de mesure de cet l Y c - -17- appareil, on met tout d'abord le tube 230 monté sur l'axe d'étalonnage en communication avec l'atmosphère, À: en ouvrant le robinet 242 de mise à l'atmosphère afin

d'admettre l'air ambiant à l'intérieur du tube 230;.

On ferme ensuite le robinet 242 et'on met en marche

la pompe à vide 240 pour enlever l'air du tube 230.

Lorsque le vide désiré a été atteint, on note le chan-

gement de la distance mesurée qui est affichée sur le dispositif d'affichage numérique 280, ce changement, étant la valeur AS. Etant donné que l'on connait déjà la longueur du tube 230 comme ayant la valeur L, on peut à nouveau trouver le rapport d'étalonnage VA à

partir de l'équation VA 1 - A/L. On peut intro-

duire la valeur de VA dans le circuit électronique compensateur du circuit 370 de sortie de mesure pour étalonner les mesures effectuées sur l'axe de mesure de l'appareil afin de tenir compte des conditions

ambiantes de sorte que l'instrument effectue des me-

sures dans l'air ambiant comme s'il effectuait ces

mesures dans le vide.

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Claims (1)

D- - ' ' REVENDICATIONS ": :- i--. - '.:-: - -. - 1. Appareil pour étalonner un instru'--:!: :: . ment de mesure optique, cet instrument ayant une sour-; " -. :.- ce de lumière,-des moyens pour diriger la'lumière-de- -- la source entre des premier et second éléments opti- ques le long d'un trajet optique et des moyens pour -: - - mesurer et indiquer le changement de distance entre'- - - les éléments optiques suivant la longueur de ce tra - :jet optique, cet appareil étant caractérisé en ce: -: : - qu'il comprend des premier et second éléments opti-:.: = - -10 - ques-(32,34; 125,135; 225,250) espacés l'un de --l'autre d'une distance prédéterminée connue (L), à-- : '- une température connue, pour définir un traJet opti-: _ que; -- une enceinte (30; 130; 230Y enfer'- mant le trajet optique, cette enceinte comportant': ' - ' - a) des moyens pour admettre de la lu- mière à partir du premier élément optique suivant. - ledit trajet optique en direction du second élément optique; - * -. - -b) des moyens pour admettre la lumière provenant du second élément optique suivant-le trajet optique en-direction du premier élément optique;
1. c) des moyens (42; 142; 242) raccor-

   dés à l'enceinte pour admettre l'air ambiant dans

   ladite enceinte; et -

   d) des moyens (40; 140, 240) raccordés

   à l'enceinte pour en évacuer l'air ambiant.

   2. Appareil selonla revendication 1, caractérisé en ce que les. premier et second éléments

   optiques sont constitués par des fenêtres transparen-

   tes planes (32,34).

   " 3. Appareil selon la revendication 1, - 25 -19- caractérisé en ce que le premier élément optique est une plaque quart-d'onde (225) et en ce que le second

   élément optique est un réflecteur plan (250).

   4. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le premier élément optique est une plaque quart-d'onde (125) et en ce que le second élément optique est une fenêtre transparente plane (135), l'appareil comportant en outre, un réflecteur amovible (150) à miroir plan positionné contre la

   fen6tre.

   -.5. Procédé pour étalonner.un instrument

   de mesure optique, cet instrument comportant une sour-

   ce de lumière, des moyens pour diriger une lumière provenant de ladite source suivant un trajet optique et des moyens pour mesurer et.indiquer le changement de distance entre les éléments optiques suivant la

   longueur de ce trajet optique, ce procédé étant carac-

   térisé en ce qu'il consiste:

   a) à espacer l'un de l'autre les pre-

   mier et second Aléments optiques d'une distance pré-

   déterminée connue (L), à une température donnée, le long d'un trajet optique;

   b) à admettre l'air ambiant dans l'es-

   pace situé entre les premier et second éléments opti-

   ques c) à faire le vide dans l'espace situé entre les premier et second éléments optiques pour

   soustraire le trajet optique au milieu ambiant envi-

   ronnant;

   d) à utiliser l'instrument pour mesu-

   rer le changement (Ln) de la distance entre les pre-

   mier et second éléments le long du trajet optique entre les conditions ambiantes et la condition sous vide; et .. -20- e) à calculer un facteur d'étalonnage (VA) pour ledit instrument en utilisant l'équation:

   VA * 1 - AI/L

   dans laquelle VA représente le rapport de la longueur d'onde indiquée par l'instrument de mesure dans le vide à la longueur d'onde indiquée par l'instrument

   de mesure dans les conditions de milieu ambiant en-

   vironnant, le facteur VA pouvant ainsi être utilisé

   pour convertir d'autres mesures indiquées par l'ins-

   trument de mesure en des distances équivalentes me-

   surées dans le vide.