Brevet FR2029450A1 — publié le 19701023

La présente invention se rapporte à un capteur fluidique pour rayonnements et elle concerne plus particulièrement un capteur qui donne un signal de sortie fluidique lié au niveau d'un champ d'énergie sous forme de rayonnement. 5 En général, les rayonnements sont analysés conformément à la théorie ondulatoire et désignés généralement par l'expression d'ondes ou énergie électromagnétiques. L'énergie des rayonnements comprend une large gamme de différentes longueurs d'ondes ou de différentes fréquences, que l'on appelle générale-10 ment le spectre du rayonnement. Les longueurs d'ondes relativement courtes sont contenues dans le spectre visible et les longueurs d'ondes plus grandes dans le spectre infra-rouge. Bans de nombreuses applications qui mettent en jeu une énergie sous forme de rayonnement, la détection et la mesure du 15 niveau de l'énergie rayonnée d'un champ donné prend actuellement une importance de plus en plus grande. Il a déjà été proposé divers transducteurs d'énergies rayonnées pour détecter le niveau de l'énergie et donner un signal électrique lié à ce niveau. C'est ainsi que l'on utilise déjà dans la technique antérieure 20 des pyromètres qui. utilisent des thermo*-couples ou bien un en- , semble de thermo-couples qui forme une thermo-pile, en combinaison avec des moyens servant à concentrer l'énergie rayonnée sur des fonctions thermiques. On utilise également communément dans la technique antérieure des tubes photo-électriques, des cellules 25 à couche-barrière au sélénium, des capteurs d'infra-rouges etc, pour la détection des rayonnements. La présente invention concerne plus particulièrement un capteur de rayonnements qui utilise un dispositif fluidique pour donner directement un signal fluidique qui est fonction du 30 niveau de l'énergie du rayonnement. La sortie de ce dispositif peut donc être connectée directement à une installation fluidique pour commander, détecter ou actionner d'une autre façon une installation en fonction d'une caractéristique de l'énergie rayon-née." 35 Suivant l'invention, une résistance fluidique, qui est de préférence constituée par un tube capillaire est connectée à l'entrée d'un moyen détecteur de signaux fluidiques. Un moyen de concentration de l'énergie rayonnée, qui peut être constitué 70 01738 -2- 2029450 par une lentille ou un réflecteur, dirige le champ de l'énergie sur la résistance. La sortie de la résistance est fonction directe de sa température et, par conséquent, la sortie de cette résistance fluidique donne directement un flux ou débit consti-5 tuant le signal fluidique et qui est fonction de l'énergie ra-n diante concentrée. En utilisant un filtre entre la source et le moyen de concentration, on peut rendre la sortie sélective par rapport à une fréquence ou une "bande de fréquences donnée contenue dans 10 l'ensemble du spectre du rayonnement. Le flux signal fluidique est de préférence transmis à un amplificateur fluidique tel que les dispositifs modulateurs à impact décrits dans le brevet des Etats-Unis d'jlimérique A? 3.388„713 et qui donne un signal fluidique à haute pression, qui 15 est fonction de l'énergie concentrée et qui peut être transmis pour commander des organes opérateurs à commande fluidique par exemple, la sortie de 1'amplificateur peut être connectée à un servo-dispositif pour commander la source du rayonnement et régler le niveau du champ de- l'énergie rayonnée. Par exemple, cette 20 sortie peut également être utilisée pour détecter la présence ou le déplacement d'un objet dans le champ de l'énergie rayon-née et, par l'intermédiaire d'un servo-dispositif, orienter la source d'énergie rayonnée de façon qu'elle suive l'objet qui se déplace dans le champ de cette énergie, ou pour qu'elle conserve 25 une relation prédéterminée^ar rapport à cet objet. La description qui va suivre, faite en référence aux dessins 'annexés, donnéséurtout à titre d'exemple, fera mieux comprendre comment l'invention peut être réalisée. • Sur ces dessins, 30 la figure 1 est un schéma simplifié d'un dispositif purement fluidique de détection et de commande d'une énergie rayonnée qui utilise et illustre une forme de réalisation suivant l'invention, et la figure 2 est line vue à échelle agrandie d'une par-35 tie de la figure 1, qui représente plus clairement certains détails du transducteur d'énergie. Dans la forme de réalisation représentée sur les dessins, une source d'énergie rayonnée 1 émet un champ d'énergie 70 01738 -3- 2029450 qui est représenté schématiquement par les lignes d'ondes ou rayons 2. Un dispositif de concentration, 3 est monté à une certaine distance de la source 1 pour capter les rayons 2 et diriger l'énergie sur une-zone focale ou un foyer 4-. Un transducteur 5 5 constitué par une résistance fluidique est monté au foyer 4-et construit pour absorber l'énergie concentrée du champ 2. Le transducteur 5 est en outre construit pour moduler le fluide qui le parcourt en fonction de sa température. Dans la forme de réalisation représentée sur les dessins, une source 6 de fluide, ce 10 fluide pouvant être de l'air ou un autre fluide, est connectée à une première extrémité du transducteur résistant 5 et donne un courant signal 7 qui est fonction de l'effet modulateur de la résistance 5* La sortie de cette résistance 3 est à son tour connectée à un capteur 8 de signaux fluidiques, le flux 7 définis-15 sant le flux d'entrée de commande. Dans la forme de réalisation représentée, le capteur 8 est connecté par l'intermédiaire d'une conduite 9 d'alimentation en fluide, à la source §ét il est également muni d'une conduite 10 de sortie fluidique. La conduite d'alimentation 9 donne un signal à pression relativement élevée, , 20 pour donner une sortie correspondante qui dépend de la pression du signal fluidique principal transmis par la conduite d'alimentation 9 et qui dépend également de l'effet modulateur du'flux-signal 7. Le signal de sortie "transmis par la sortie fluidique 10 est donc un signal amplifié qui est fonction du flux 7 et, sur 25 la figure 1, et à titre illustratif et explicatif, ce signal de sortie est transmis, par l'intermédiaire d'un dispositif de ser-vo-commande 11, pour commander la sortie de la source de rayonnement 1. Le dispositif de servo-commande 11 comprend une conduite d'entrée 12 qui donne le point de consigne. Ce dispositif 30 10 travaille suivant la théorie bien connue des asservissements, de façon à assurer la régulation continue de la sortie de la source de rayonnement 1 jusqu'à ce que le signal transmis par la conduite de sortie 10 corresponde à l'entrée fournie par la conduite 12 du point de consigne. 35 Sur la figure-1, un dispositif filtrant 13 est repré senté intercalé entre la source A et le dispositif de focalisation 3 et ce dispositif filtrant est construit de façon à laisser passer sélectivement les rayonnements de façon que la résis- BAD ORIGINAL 70 01738 2029450 tance 5 ne reçoive que l'énergie du rayonnement qui a traversé le filtre utilisé. Dans le fonctionnement de l'installation, l'énergie du champ de rayonnement 2 est concentrée sur la résistance 5« La 5 forme du flux signal 7 est directement liée au niveau de température de la résistance 5 et, par conséquent, de l'énergie du champ 2. Le flux signal 7 est amplifié par le capteur 8 et donne un signal de commande constitué par une pression et qui est envoyé au dispositif de commande 11 pour régler la sortie de la 10 source 1 jusqu'à ce que le signal de sortie fluidique et le signal de point de consigne qui apparaît sur la conduite 12 du point de consigne soient entre eux dans une relation d'équilibre prédéterminée. La source de rayonnement 1 peut naturellement être de 15 n'importe quelle construction appropriée. Sur les dessins, la source 1 est supposée comprendre une lampe à incandescence 14 à haute intensité. La sortie de la lampe 14 est d'une façon générale constituée par un champ dirigé vers le dispositif de focalisation 13. 20 Dans la forme de réalisation représentée, ce dispositif 13 est constitué par un réflecteur muni d'un miroir parabolique intérieur 15 qui intercepte les rayons 2 du champ d&.ergie. Ce dispositif 13 pourrait naturellement être constitué par une lentille ou par n'importe quel autre moyen approprié pour concentrer 25 le champ 2 sur la zone limitée ou concentrée ou le point focal. Le sommet du miroir parabolique 15 est découpé pour définir une ouverture axiale 16. Un raccord 17 formant support est relié à la partie sommitale extérieure du réflecteur et porte le capteur 18 dans le prolongement axial du sommet du réflecteur 3* 30 La résistance 5i qui peut être constituée par un ori fice ou autre moyen d'étranglement d'écoulement est de préférence constitué par un tube capillaire 18 ou élément équivalent qui établit une région d'écoulement en régime laminaire. Ce tube 18 est construit de façon à posséder une caractéristique élevée 35 d'absorption thermique, afin de transmettre l'énergie thermique au courant de fluide. Le tube capillaire 18 peut avantageusement être construit sous la forme d'un dispositif linéaire, comme indiqué par l'article "Fluidic Eesistors" de Paul H. Sorenson, pu 70 01738 -5- 2029450 blié dans le numéro d'avril 1968 de la revue "Fluidics Quarteley Le tube capillaire 18 est monté coaxialement au miroir 14 et au tube 17 qui forme le support. Ce tube 18 passe par le foyer 4 et il est engagé dans le tube 17 et fixé à ce dernier par des plots 5 19 formant isolants thermiques. La surface externe du tube capil laire 18 est revêtue d'un enduit superficiel noir 20, tel que le noir de carbone ou le graphite pyrolytique, qui a pour fonction d'améliorer la caractéristique d'absorption thermique du tube capillaire. La surface noire pourrait avantageusement être dépo-10 sée sur la surface interne d'un tube qui transmettrait radiale-ment l'énergie rayonnée à la surface noire. En outre, la résistance peut également comprendre un élément poreux formé d'une ma tière appropriée capable d'absorber l'énergie rayonnée. La résistance du tube capillaire dépend de sa longueur 15 et de son diamètre, et également de la température de ce tube. En général, la viscosité croît avec la température pour les gaz et décroît avec la température pour les liquides. La résistance varie en fonction directe de la viscosité. Par conséquent, dans le cas de l'air, lorsque la température du tube 18 croît, la ré-20 sistance croît et le débit du courant 7 diminue. Inversement, là réduction de la température du tube capillaire 18 fait croître le débit d'un flux d'air 7» La sortie du tube 18 constitue le flux signal 7 qui est transmis au capteur 8 de signaux fluidiques. Bien qu'on ne 25 l'ait pas décrit ni représenté en détail, le capteur fluidique 8 peut, être avantageusement constitué par tm modulateur additionneur à impact qui est incorporé dans un dispositif de commande récepteur approprié pour produire un signal fluidique à haute pression; par exemple, ce capteur peut être tel que celui décrit 30 dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n° 3.388.713 précité. Dans la forme de réalisation de l'invention qui est représentée, le dispositif filtrant 13 comprend un empilement d'éléments filtrants photographiques individuels 12, reliés par une articulation 22. Les éléments filtrants 21 peuvent être 35 sélectivement placés, par rotation, en position pour intercepter l'énergie 2 rayonnée par la source 1. Ainsi qu'il est bien connu lorsqu'ils sont intercalés, les éléments filtrants transmettent ou arrêtent sélectivement certaines fréquences ou bande^de fré 70 01738 -6- 2029450 quences de l'énergie du rayonnement et modifient ainsi le niveau de l'énergie appliquée au côté d'entrée du dispositif foca-lisateur 3* Par exemple, en intercalant successivement entre la source 21 et le dispositif 3 des éléments filtrants respective-5 ment jaune, rouge, vert et violet du type utilisé pour la photographie, on a pu réduire successivement la température du tube capillaire 18. la sortie était réduite par paliers successifs, d'une façon correspondante, c'est-à-dire qu'elle était liée à la couleur du filtre. En étalonnant convenablement l'appareil, on 10 peut utiliser la sortie comme moyen pour identifier la caractéristique des filtres. La résistance fluidique 5 montée au point de concentration de l'énergie d'un dispositif de focalisation 13 ou autre dispositif de concentration constitue donc un transducteur qui 15 convertit directement l'énergie d'un rayonnement en énergie fluidique et qui donne un flux signal fluidique capable, par interconnexion avec des dispositifs détecteurs et amplificateurs purement fluidiques, de donner un signal de sortie de commande fluidique. 20 Le signal de sortie fluidique peut naturellement être utilisé dans n'importe quel dispositif qui exige un signal d'entrée fluidique. Par exemple, un moyen d'alarme ou de signalisation peut être connecté à la sortie pour détecter la présence d'un rayonnement ou, grâce à l'utilisation d'un filtre, la pré-25 sence de fréquences ou bandes de fréquences choisies. En interconnectant la sortie fluidique dans un dispositif d'asservissement ou de commande, comme on l'a représenté sur les dessins, on peut utiliser le signal de sortie pour régler le niveau du rayonnement dans une zone donnée, soit par commande directe de l'ex-30 citation de la source de rayonnement 1, soit par commande d'un diaphragme ou autre moyen filtrant interposé entre la source 1 et la zone à commander. La présence ou le déplacement d'un corps opaque, translucide ou réflecteur dans un champ d'énergie se traduit par une 35 modification de la concentration de l'énergie sur le dispositif de focalisation. L'installation suivant l'invention peut donc être utilisée pour détecter la présence ou les déplacements d'un tel objet. Par exemple, des objets opaques ou translucides inter 70 01738 -7- 2029450 ceptent ou modifient l'énergie transmise lorsqu'ils passent dans le champ. Les objets réflecteurs peuvent être détectés de la même façon parce qu'ils peuvent réfléchir l'énergie de la source sur le récepteur, de sorte que l'interposition d'un objet réflec-5 teur modifie la quantité d'énergie réfléchie. Le signal de sortie peut être utilisé pour commander une alarme appropriée et il peut en outre commander la source de façon à maintenir cette dernière dans une relation prédéterminée par rapport à l'objet lorsque ce dernier se place ou se déplace dans une certaine zone. 10 Bien que, dans la forme de réalisation représentée, la résistance soit connectée à une source de fluide séparée, la résistance et le capteur peuvent être construits de façon que le flux signal de commande parte du capteur, et traverse la résistance. La résistance commande dans ce cas la pression amont du 15 flux signal de commande à l'intérieur du capteur et donne de la même façon une indication de la force de l'énergie rayonnée concentrée. La présente invention a donc pour objet un moyen qui capte et convertit directement l'énergie d'un rayonnement en un 20 signal fluidique qui peut être utilisé directement dans des installations de commande fluidiques. .. 70 01738 -8- 2029450 - REVENDICATIONS - 1 - Résistance fluidique caractérisée en ce qu'elle est apte à absorber une énergie rayonnée et à fournir un flux signal de sortie fonctioxjide l'énergie rayonnée absorbée. 5 2 - Résistance fluidique selon la revendication 1, ca ractérisé en ce qu'elle est constituée par un moyen à écoulement laminaire présentant une construction capable d'absorber l'énergie. 3 - Résistance selon l'une des revendications 1 et 2, 10 caractérisé en ce qu'elle est constituée par un tube capillaire fait d'une matière capable d'absorber l'énergie rayonnée et qui présente une surface extérieure noire. 4 - Capteur fluidique pour rayonnement comprenant un moyen de concentration de l'énergie muni d'une entrée qui reçoit 15 un champ d'énergie rayonnée incidente et qui dirige cette énergie vers une zone donnée et sur un moyen sensible aux rayonnements contenu dans cette zone, ce capteur étant caractérisé en ce que ledit moyen sensible aux rayonnements est une résistance fluidique selon l'une des revendications 1 à 3 apte" à être con-20 nectée à une source de signaux fluidiques pour donner un flux signal de sortie et qui est montée dans, ladite zone donnée, le capteur comprenant de plus un moyen de détection capable de détecter le flux signal de sortie et de détecter par ce moyen le niveau du champ d'énergie rayonnée. 25 5 - Capteur selon la revendication 4, caractérisé en ce que le moyen de détection comprend un amplificateur fluidique dont l'entrée est connectée à la résistance fluidique et dont le flux de sortie est couplé audit flux signal ou est modulé par ce flux. 30 6 - Capteur selon l'une dés revendications 4 et 5» ca ractérisé en ce que le moyen de focalisation concentre l'énergie sur un foyer et en ce que la résistance fluidique est montée à ce foyer. 7 - Capteur selon la revendication 5> caractérisé en 35 ce que l'amplificateur fluidique donne un signal de sortie fluidique à haute pression proportionnel à la force du flux signal. 8 - Capteur selon l'une des revendications 4 à 7, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif de filtrage de l'é 70 01738 -9- 2029450 nergie rayonnée interposé entre le moyen de concentration et la source d'énergie rayonnée pour ne laisser passer que les rayonnements d'une fréquence ou de plusieurs fréquences choisies. 9 - Capteur selon l'une des revendications 4 à 7, ca-5 ractérisé en ce qu'il comprend plusieurs filtres d'énergie rayonnée qui peuvent être intercalée individuellement dans le chanp d'énergie pour laisser passer sélectivement des rayonnements de différentes fréquences, la sortie de la résistance fluidique étant fonction de la fréquence particulière qui frappe le moyen 10 de concentration, de sorte que le moyen de détection donne alors un signal de sortie qui est indicatif du filtre particulier interposé dans le champ d'énergie. 10 - Capteur selon l'une des revendications 4 à 9, caractérisé en ce qu'il comprend une source de rayonnement régla-15 ble qui établit le champ d'énergie rayonnée et un organe de commande, à commande fluidique, connecté audit moyen de détection et à ladite source réglable pour faire varier l'intensité du champ d'énergie rayonnée qui frappe le moyen de concentration en réponse à la force dudit flux signal. 20 11 - Procédé d'obtention d'un signal fluidique fonction d'un champ d'énergie rayonnée, caractérisé en ce que l'on monte une résistance fluidique dans le champ, et on fait passer un flux de fluide à travers cette résistance, ladite résistance étant construite de façon à absorber l'énergie rayonnée et à don-25 ner un flux de sortie fonction de l'énergie rayonnée qu'il a absorbée.