Brevet FR2298800A1 — publié le 19760820

la présente invention concerne un anémomètre bidirectionnel, appareil destiné à la mesure de la vitesse des courants d'air dans les souterrains et galeries où une surveillance de la ventilation est nécessaire, ce qui est notamment le cas des tunnels routiers, le but de cet appareil est de permettre une mesure de la vitesse d'écoulement de l'air dans les deux sens et de traduire cette mesure sous la forme d'un signal électrique, transmissible à longue distance, indiquant à la fois la valeur absolue de la vitesse et le sens d'écoulement. Ces informations peuvent servir à un simple contr8le de la ventilation, à la commande manuelle ou automatique de cette dernière, et éventuellement a une exploitation par calculateur. 'Pour mesurer la vitesse des écoulements d'air de sens variable, on utilise, à l'heure actuelle, deux anémomètres directionnels disposés tete bichez Afin de n'employer qu'un seul capteur, on a aussi songé à utiliser une palette dont l'angle d'inclinaison indique le sens et l'intensité du vent. Cette méthode ne satisfait pas entièrement les utilisateurs0 La présente invention fournit une autre solution n'utilisant qu'un seul capteur, fonctionnant de manière identique pour les deux sens d'écoulement, avec une bonne précision et un seuil de démarrage très bas. A cet effet, elle a pour objet un anémomètre bidirectionnel composé, en combinaison, d'une hélice réversible dont l'axe, parallèle à l'écoulement de fluide, porte un disque percé de trous équidistants, de deux cellules photoélectriques positionnées en face des trous précités de telle sorte que les signaux issus de chaque cellule soient déphasées de 900 en avance ou en retard suivant le sens de rotation de l'hélice, d'un dispositif de décodage et de transmission fournissant, à partir des signaux issus des deux cellules, d'autres signaux représentant la vitesse de rotation de l'hélice et son sens de rotation, et d'un dispositif de visualisation analogique-et/ou numérique permettant la lecture de ces informations, ainsi qu'éventuellement leur impression et/ou leur traitement automatique. De toute façon, l'invention sera mieux comprise à l'aide de la description qui suit, en référence au dessin schématique annexé représentant, a titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de cet anémomètre bidirectionnel. Figure 1 est une vue en coupe longitudinale montrant la partie mécanique de 1 'appareil Figure 2 est un schéma général du montage électronique de l'appareil Figure 3 est un schéma plus détaillé montrant la réalisation du dispositif de décodage et de transmission Figure 4 est un autre schéma détaillé montrant la réalisation du dispositif de visualisation numérique et analogique. Comme le montre la figure 1, la partie mécanique de l'appas reil comprend essentiellement une hélice- réversible 1 logée à l'intérieur d'un canal cylindrique 2 dont les deux extrémités 3 et 4 présentent une forme tronconique, de manière à régulariser le profil des vitesses dans la section, centrale où se trouve l'hélice 1 et à accélérer un peu la vitesse d'écoulement de l'air pour abaisser le seuil de démarrage0 L'hélice réversible 1,de bonne inertie, est un organe vendu dans le commerce qui, suivant le sens d'un écoulement d'air de vitesse donnée entrant par l'extrémité 3 ou 4 est mis en rotation à vitesse égale dans un sens ou dans l'autre, gracie à la -forme particulière de ses pales 2. Dans l'exemple considéré, les pales 2 sont solidaires d'un moyeu 6 monté libre en rotation sur un arbre fixe 7 supporté par des tiges radiales 8 et 2 disposées en étoile à trois branches0 Le moyeu 6 est logé à l'intérieur d'un corps profilé 10 en deux parties, fixé à l'arbre ? par l'intermédiaire de deux flasques 11 et 12. le moyeu 6 de l'hélice 1 est solidaire en rotation d'un disque coaxial 13 en acier chromé, de bonne tenue mécanique et résistant à la corrosion et à l'atmosphère poussiéreuse des tunnels. La périphérie du disque 13 est percée d'une série de trous équidistants 14 par exemple au nombre de 30o Face à ces trous sont fixées deux cellules photo-électriques 15 et 16 à la fois émettrices et réceptrices, mises en place dans des ouvertures prévues dans le flasque 12 qui émettent une lumière infrarouge et la détectent après réflexion.Le positionnement des deux cellules 15 et 16 est fonction de l'intervalle entre deux trous, et il est déterminé de la manière suivante : il faut que les signaux périodiques issus de l'une des cellules, par suite du défilement des trous 14, soient déphasés de 900 (+ rut/2) autrement dit d'un quart de période, par rapport aux signaux issus de l'autre cellule. Pour obtenir un tel déphasage, qui est positif ou négatif suivant le sens de rotation du disque perforé 13, il suffit que l'angle séparant les deux cellules 15 et 16 soit égal à un multiple de l'angle séparant deux trous consécutifs 14 du disque, augmenté ou diminué d'un quart de la valeur de cet angle.Ainsi, pour un disque 13 présentant 30 trous 14, séparés par des angles de 120, l'angle séparant les deux cellules 15 et 16 devra avoir pour valeur (12n + 3) degrés, n étant un nombre entier quelconque. Comme le montre la figure 2, les circuits électroniques de l'appareil, reliés aux deux cellules photoélectriques 15 et 16, comprennent d'une manière générale un dispositif de décodage et de détection 21 et un dispositif de visualisation analogique et numérique 18, reliés entre eux au moyen d'un câble blindé 19 pouvant avoir une longueur importante. le dispositif de décodage et de détection 21, représenté plus en détails à la figure 3, comprend un circuit 20 de mise en forme du signal issue la première cellule 15 et un circuit 21 de mise en forme du signal issu de la deuxième cellule 16o Le circuit 20 est relié directement à un premier amplificateur de sortie 220 Les deux circuits de mise en forme 20 et 21 sont en outre reliés à un circuit 23 de discrimination du sens de rotation de l'hélice, qui forme une unité disponible dans le cammercee Ce dernier circuit est relié à un deuxième amplificateur de sortie 24o Des fils issus des deux amplificateurs 22 et 24, ainsi que deux autres fils reliés respectivement à une source de tension Vcc et à la masse, sont dirigés vers le dispositif de visualisation 18 à travers le ctble blindé 190 Ce dispositif de visualisation 18 est représenté de façon détaillée à la figure 4, où la partie droite est relative au traitement analogique et la partie gauche, au traitement numérique0 En aval de deux résistances de charge 25 et 26, les deux fils 22 et 28 issus des amplificateurs de sortie respectifs 22 et 24, à travers le cible 19 se divisent chacun en une branche se dirigeant vers la partie tanalogiquet et une branche se dirigeant vers la partie "numérique"0 Du ctté "analogique", la branche 29 issue du fil E aboutit à un convertisseur fréquence-tension 30, 'tandis que la branche 31 issue du fil 28 aboutit à un commutateur-inverseur 32. Le convertisseur 30 et le commutateur 32 sont reliés à un voltmètre 33 gradué en mètres par seconde ou en toute autre unité de vitesse, dont le zéro est placé au centre de l'échelle, laquelle comprend ainsi des valeurs positives et négatives. Du c8té "numérique", les branches 34 et 55 issues des fils respectifs 22 et 28 aboutissent l'une et l'autre à un compteurdécompteur 36 qui, dans 11 exemple représenté, comprend 4 décades et est commandé à partir d'un dispositif 37 constitué essentiellement par une horloge0 le compteur-décompteur 36 permet un affichage direct au moyen de chiffres lumineux 38 et de deux voyants 39 dont le rôle apparattra plus loin.Il comprend également deux sorties 40 et 41 reliées, l'une, à une imprimante 42 et, l'autre, à un organe de calcul éventuels Lorsque l'appareil est placé dans un courant d'air, l'axe de l'hélice 1 se trouvant parallèle à l'écoulement, l'hélice est mise en rotation avec une vitesse proportionnelle à celle de l'écoulement, dans un sens dépendant de celui de l'écoulement0 Elle entratne avec elle le disque perforé 13 dont les trous 14 défilent devant les deux cellules 15 et 16. Compte tenu de la disposition de ces deux cellules, les informations périodiques issues de chacune d'elles sont déphasées de 900, l'information issue de la cellule 15 possèdant une avance ou un retard de 900 par rapport à celle issue de la cellule 16 selon le sens de rotation du disque 13. le circuit 20 de mise en forme du signal issu de la cellule 15 délivre un signal périodique W dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation du disque perforé 13 et par conséquent de l'hélice 10 le Be circuit 21 de mise en forme du signal issu de la cellule 16 délivre un signal périodique T' de même forme que le signal W mais déphasé de ± 900 par rapport à ce dernier, comme montré à la partie droite de la figure 3. Le signal W est amené au premier amplificateur de sortie 22 assurant la transmission en courant sur le fil 270 Les signaux W et W' sont amenés l'un et l'autre au circuit 23 de discrimination du sens de rotation, dont le rale est de délivrer un signal logique S dont le niveau est fonction du sens de rotation de disque 13.Ce signal S est amené au second amplificateur de sortie 24 assurant la transmission en courant sur le fil 28o Les deux informations W et S ainsi amplifiées sont transmi ses, à travers le cible blindé 19, au dispositif de visualisation 180 Dans la partie nanalogiquen, le signal W, transmis par la branche 29, est transformé en une tension V proportionnelle à sa fréquence instantanée par le convertisseur-30. Le signal S, transmis par la branche 31, est amené au commutateur-inverseur 32 qui, selon la valeur du signal S, envoie au voltmètre 33 une tension positive ou négative -V, dont la valeur est lue sur l'échelle graduée en unités de vitesse du voltmètre 330 Ce voltmètre, correctement étalonné, permet la lecture directe, à tout instant, de la vitesse de l'air avec indication de son sens. Dans la partie "numérique", les signaux W et S, transmis par les branches respectives 34 et 35, sont amenés au compteurdécompteur 36 dont le fonctionnement est le suivant : chaque impulsion du signal W est comptée positivement pour ltune des valeurs du signal S et négativement pour l'autre valeur du signal S, de sorte que l'on réalise en quelque sorte un comptage algébrique0 les impulsions sont ainsi comptées ou décomptées pendant une durée déterminée par l'horloge du dispositif 37, par exemple 1, 2 ou 3 minutes, durée au bout de laquelle le compteurdécompteur 36 est remis à zéro automatiquement0 La valeur numérique indiquée au bout de la durée de comptage par les chiffres lumineux 38 représente une vitesse moyenne calculée par intégration sur cette durée, Les voyants 39 s'éclairent l'un ou l'autre en fonction du signe de cette vitesse, de sorte que, comme le voltmètre 33, le compteur-décompteur 36 indique à la fois la valeur de la vitesse de l'écoulement d'air (mais avec une unité arbitraire) et le sens de l'écoulement. Ces informations sont disponibles sur les sorties 40 et 41, sous forme binaire codé décimal", pour l'impression ou le calcul. En particulier, la commande d'impression pour l'imprimant 42 reliée à la sortie 40 est donnée par le dispositif 37, au bout de chaque durée de comptage0 Quant à l'organe de calcul éventuel, relié à la sortie 41, il peut- servir, dans une application intéressante de lsinvention, à contr8Ier et/ou commander automatiquement la ventilation d'un tunnel routier dans lequel est placé 1' anémomètre0 Comme il va de soi, l'invention ne se limite pas à la seule forme d' exécution de cet appareil qui a été décrite ci-dessus à titre d'exemple non limitatif ; elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation0 - RES I - Anémomètre bidirectionnel, destiné à la mesure de la vitesse des courants d'air dans les souterrains et galeries, caractérisé en ce qu'il est composé, en combinaison, d'une hélice réversible dont l'axe, parallèle à l'écoulement de fluide, porte un disque percé de trous équidistants, de deux cellules photo électriques- positionnées en face des trous précités de telle sorte que les signaux issus de chaque cellule soient déphasées de 900 en avance ou en retard suivant le sens de rotation de l'hélice, d'un dispositif de décodage et de transmission fournissant, à partir des signaux issus des deux cellules, d'autres signaux représentant la vitesse de rotation de l'hélice et son sens de rotation, et d'un dispositif de visualisation analogique et/ou numérique permettant la lecture de ces informations, ainsi qu'éventuellement leur. impression et/ou leur traitement automatique0 2o - Anémomètre bidirectionnel selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de décodage et de transmission se compose d'un circuit de mise en forme du signal issu de chaque cellule, d'un premier amplificateur de sortie assurant la transmission du signal provenant de l'un des circuits de mise en forme et possèdant une fréquence proportionnelle à la vitesse de rotation de l'hélice, d'un circuit de discrimination du sens de rotation de l'hélice, recevant les signaux provenant des deux circuits de mise en forme associés aux deux cellules, et d'un second amplificateur de sortie assurant la transmission du signal en provenance du circuit de discrimination, signal dont le niveau logique est fonction du sens de rotation de l'hélice. 3o - Anémomètre bidirectionnel selon la revendication 2, caractérisé en ce que le dispositif de visualisation analogique et numérique se compose, d'une part, d'un voltmètre gradué en unités de vitesse, avec valeurs positives et négatives, commandé par un convertisseur fréquence-tension relié au premier amplificateur de sortie et par un commutateur-inverseur relié au second amplificateur de sortie, d'autre part, d'un compteur-décompteur à N décades relié aux deux amplificateurs de sortie précités, ainsi qu'à une horloge qui détermine le temps de comptage des impulsions dont la fréquence est proportionnelle à la vitesse de rotation de l'hélice, avant remise à zéro, lesdites impulsions étant comptées ou décomptées selon la valeur du niveau logique représentant le sens de rotation de l'hélice.