Brevet FR2339166A1 — publié le 19770819

Cette invention concerne un appareil sensible à la présence dans un fluide d'une substance altérant la luminosité, par exemple un brouillard d'huile dans une atmosphère. A titre de mode de réalisation de l'invention, il sera décrit un détecteur chargé de la détection de lfexistence d'un brouillard d'huile lubrifiante en concentration- excessive pendant la marche drinstallations ou de mécanismes rotatifs et, en particulier, de la détection de ce type de brouillard dans le carter des moteurs à combustion interne, y compris les moteurs Diésel. La formation d'un brouillard d'huile en excès peut amener un risque d'explosion, et il est très avantageux de pouvoir détecter précocement la formation de ce brouillard d'huile en excès.Dans un carter il peut se produire en raison d'une surchauffe ou d'une usure de pièces mécaniques, et l'existence d'un moyen de détection de la formation d'un tel brouillard permet en outre d'entreprendre rapidement une action correctrice afin d'empocher l'extension du dommage. Toutefois, l'invention s'applique également à la détection d'autres substances exerçant un effet sur la lumière et a la détection générale des brouillards, par exemple la détection de vapeurs dans les systèmes de conditionnement d'air, de réfrigération et de refroidissement de gaz. La détection de brouillards incolores est rendue possible par exemple par nassage du brouillard sur une substance chimique appropriée produisant une réaction co-lorante sur le brouillard. I1 est de plus possible de mesurer la densité des gaz d'échappement des moteurs à combustion interne. L'invention propose un appareil permettant de détecter la présence dans un fluide d'une substance altérant la luminosité, qui comprend une chambre de détection destinée à recevoir une atmosphère dans laquelle une substance altérant la luminosité, et que l'on veut détecteur, peut être présente, un dispositif d'introduction de lumière conduisant la lumière à la chambre de manière qu'elle traverse une région de celle-ci, un dispositif de sortie de la lumière conduisant la lumière, une fois qu'elle a traversé la chambre, à un dispositif photosensible qui détectera son intensité, les dispositifs d'introduction et de sortie de la lumière étant constitués de fibres optiques. L'invention propose également un appareil destiné à détecter la présence dans un fluide d'une substance altérant la luminosité, qui comprend plusieurs chambres de détection conçues chacune pour recevoir un échantillon du fluide, un dispositif placé dans chacune des chambres et offrant un trajet pour les rayons lumineux à travers une partie de la chambre de sorte que l'intensité de la lumière suivant ce trajet est modifiée par toute présence de la substance dans l'échantillon de fluide pendant le passage sur le trajet, un dispositif de détection qui produit des signaux indicatifs des intensités lumineuses associées aux différents trajets des rayons lumineux dans les différentes chambres, un circuit de contrôle commun, et un dispositif de multiplexage électrique permettant de connecter successivement les différentes sorties du dispositif de détection au circuit pour qu'il en assure le contrôle. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention seront mieux compris à la lecture de la description suivante d'exemples de réalisation illustrés par les dessins annexés, sur lesquels - la figure 1 est une vue en coupe d'une forme de l'appareil - la figure 2 est une vue en coupe d'une autre forme de l'appareil - les figures 3 et 4 sont respectivement des vues en coupe d'une source lumineuse et d'une cellule photo-électrique qui font partie de l'appareil de la figure 2 - la figure 5 est un schéma électrique de principe d'une forme du circuit électrique associé à l'appareil de la figure 1 ou 2 ; et -la figure 6 est un schéma électrique de principe représentant une partie modifiée du circuit de la figure 5. On se reporte à la figure 1. Le détecteur comprend deux têtes de détection identiques 6 et 6A que soutiennent respectivement, de part et d'autre d'un dispositif 8 d'émission et de mesure de la lumière, des astis 10 et 10A. La tête de détection 6 comprend une chambre 12 qui est raccordée, en utilisation, au moteur à combustion interne que l'on veut contrôler. A l'aide d'un ventilateur ou d'une pompe, l'atmosphère d'une partie du moteur est aspirée en continu dans la chambre et la traverse, de sorte que tout brouillard se trouvant dans l'atmosphère est naturellement conduit avec celle-ci dans la chambre. Deux orifices 14 et, 16 sont disposés dans des régions alignées en regard de la chambre 12. L'orifice 14 a une forme tubulaire et est portée par le bâti 10. Il conduit à un miroir sphérique 18 également porté par le bâti 10 au moyen d'un support 20. De -meme, l'orifice 16 a une forme tubulaire et est porté par le bflti 10, et il conduit au dispositif 8 d'émission et de mesure de la lumière. La tette de détection 6A possède une structure identique k celle de la tate 6, et les élément correspondants sont désignés de façon correspondante avec addition du suffixe "A". Le dispositif 8 d'émission et de mesure de la lumière est formé d'une structure cruciforme creuse 30 possédant deux bras longs et deux bras courts, A l'une des extrémités d'un des bras longs, se trouve une source lumineuse 32 projetant de la lumière dans les extrémités de deux fibres optiques 33 et 34. La fibre optique 33 conduit dans un des bras courts de la structure 30 et est maintenue dans un bloc 35 de manière que son extrémité libre débouche dans l'orifice 16. La fibre optique 34 se prolonge dans l'autre bras court de la structure 30 et est maintenue dans un bloc 35A de manière que son extrémité libre débouche dans I'orifice 16A. A l'extrémité de l'autre bras long de la structure 30, une cellule photo-électrique 36 est maintenue au voisinage des extrémités de deux autres fibres optiques 37 et 38. La fibre optique 37 se prolonge dans'le bloc 35 et son extrémité libre aboutit au voisinage de celle de la fibre 33, tandis que la fibre optique 38 se prolonge dans le bloc 35A et que son extrémité libre aboutit au voisinage de l'extrémité de la fibre optique 34. Les quatre fibres optiques sont maintenues de manière convenable dans la structure 30 par une matière de remplissage 39. La cellule photo-électrique 36 est divisée en deux parties électriquement distinctes, une se trouvant en regard de l'extrémité de la fibre optique 37 et l'autre en regard de l'extrémité de la fibre optique 38. En fonctionnement, l'atmosphère qui est éventuellement contaminée par le brouillard d'huile et qui provient de deux parties du moteur que l'on contrle est aspirée dans les chambres 12 et 12A (comme on l'expliquera plus en détail ci-dessous, il est possible d'envisager d'envoyer dans l'une des chambres de l'air propre seulement). Les fibres optiques 33 et 34 dirigent la lumière venant de la source 32 dans les orifices 16 et 16A, de sorte que celle-ci traverse les chambres 12 et 12A, puis en suivant les orifices 14 et l4 & atteint les miroirs 18 et 18A. La lumière réfléchie par les miroirs revient en suivant les orifices 14, 14A, traverse les chambres 12 > 12A, suit les orifices 16, 16A et parvent, via les fibres optiques 37 et 38,aux parties respectives de la cellule photoélectrique 36. La cellule produit des signaux correspondants ,d'une manière qui sera expliquée plus en détail ci-dessous. Si l'atmosphère de l'une ou des deux chambres 12, 12A contient un brouillard d'huile, l'intensité de la lumière qui la traverse est diminuée et il en résulte une altération du signal de sortie de la cellule photo-électrique. D'une manière qui sera indiquée plus en détail ci-dessous, la variation résultante du signal de sortie de la cellule photo-électrique sert à produire une indication de l'intensité du brouillard d'huile. On notera que la structure représentée sur la figure 1 n'est qu'une des nombreuses formes que l'on peut construire. On peut par exemple modifier le détecteur en prévoyant plus ou moins de deux chambres de détection. S'il y a plus de deux chambres de détection, il y a avantage ce que chacune reçoie sa lumière de la source lumineuse commune 32 par l'intermédiaire d'une fibre optique, et que la lumière réfléchie (après traversée de la chambre de détection) revienne à une partie associée d'une cellule photo-électrique commune en plusieurs parties. I1 est avantageux que les orifices 14, 16 14A, 16A de la figure 1 soient tels que leur longueur soit au moins quatre fois plus grande que leur diamètre afin de réduire le risque de pollution des extrémités des fibres optiques (a la base des orifices 1 et 16A) et des miroirs 18 et 18A. De préférence, les terminaisons des fibres optiques, celles qui sont aux extrémités des orifices 16 et 16A, mais aussi celles qui regardent la source lumineuse 32 et la cellule photo-électrique 36, ont reçu un polissage métallographique afin d'assurer la transmission maximale. On doit noter que l'appareil de la figure 1 peut être disposé matériellement d'une façon différente. Par exemplea les chambres de détection peuvent avoir l'une avec l'autre toute relation géométrique voulue. Il n'est pas nécessaire que les rayons lumineux allant de la lampe à la cellule photo-électrique passent deux fois dans la chambre par l'intermédiaire d'un miroir. La lumière peut titre amenéè de la source à l'un des côtés de chaque chambre par une fibre optique et ramenée par une autre fibre optique,du côté opposé de chaque chambre une cellule photo-électrique ou une partie de celle-ci. Les figures 2, 3 et 4 représentent cet agencement.Une tuyauterie 41 est raccordée aux extrémités d'une chambre 40,la tuyauterie ayant une entrée 42 qui est raccordée, en utilisation, à un point du moteur (ou d'un autre appareil) dont on veut contrfler l'atmosphère. La chambre 40 est fermée k chacune de ses extrémités par des plaques 43 et 44 portant respectivement des prolongements cylindriques intérieurs 45 et 46. Une fibre optique 47 conduit la lumière dans le prolongement cylindrique 45, et, de là, la lumière traverse la chambre pour atteindre le prolongement cylindrique 46 et sortir de la chambre par une autre fibre optique 48. Les prolongements 45 et 46 comportent chacune une lentille convergente 49, Une sortie 40A à aspiration est ménagée dans la chambre 40 et, en utilisation, l'aspiration attire l'atmosphère venant de la région soumise au contrôle dans la tuyauterie 41. L'atmosphere aspirée suit la direction des flèches et tend donc k éviter de contaminer les lentilles 49. Toute substance altérant la luminosité dans l'atmosphère aspirée dans la chambre de cette manière modifie l'intensité de la lumière qui a été transmise dans la chambre et, donc, de la lumière reçue par la fibre optique 48. En pratique, il doit exister plusieurs chambres de détection, semblables chacune à celle de la figure 2, et toutes leurs fibres optiques- 47 doivent partir d'une source lumineuse commune 41A, comme le montre la figure 3. Sur cette figure, on voit que toutes les fibres optiques 47 sont fixées dans un tube terminal 42A rempli de résine 43A La source lumineuse 41A, de préférence une lampe d'intensité élevée à préfocalisation, est montée dans un tube de montage 44A. Les fibres optiques 48 de toutes les chambres- de détection doivent conduire aux parties respectives d'une cellule photoélectrique commune 45A, comme le montre la figure 4. Sur cette figure, la cellule photo-électrique 45A est maintenue sur un substrat 46A par l'intermédiaire d'un bloc de métal 47A. Ce dernier comporte des trous permettant la réception des fibres optiques et une cavité qui est remplie d'une résine 48A permettant la fixation des fibres optiques. Après durdissement, la résine est meulée pour acquérir une surface exactement plane. Des connexions électriques (non représentées) partent des différents segments de la cellule photo-électrique. En se reportant à la figure 5, on va maintenant décrire une forme que peut prendre le circuit de l'appareil de détection. Sur la figure 5, on suppose que l'appareil de détection comporte plus de deux chambres de détection et qutune cellule photoélectrique en plusieu s parties comporte un nombre correspondant de partiels. Pour rendre la figure plus claire, les principales sections du circuit sont placées dans des cadres en traits mixtes désignés par A, B, C, D et E. Comme le montre la figure 5, les sorties électriques 50a, 50b, 50c, 50d venant des différentes parties de la cellule photo-électrique sont connectées à un sélecteur de canaux 52. D'une manière qui sera décrite le sélecteur de canaux peut choisir l'un quelconque des signaux de sortie de la cellule et l'envoyer à un amplificateur 54 de faible impédance d'entrée, et, de là > à un amplificateur 56 à atténuation prédéterminée réglable, ou amplificateur pondérateur. Le signal de sortie des amplificateurs est délivré à un intégrateur 58, puis, par l'intermédiaire d'un commutateur 60, est envoyé à un dispositif de commande de sensibilité 62 ou à une mémoire de niveau d'alarme 64. Le circuit comporte deux comparateurs 66 et 68. Le comparateur 66 reçoit un de ses signaux d'entrée de la mémoire 64 de niveau d'alarme et l'autre d'une mémoire 69 de niveau moyen. Le dispositif 62 envoie également un signal de sortie pour la mémoire 69 de niveau moyen, et une sortie de cette mémoire est connectée à une entrée d'un additionneur 70 dont l'autre entrée reçoit un pourcentage prédéterminé (par exemple 10%) du signal de sortie de la mémoire 64 de niveau d'alarme, par l'intermédiaire d'un diviseur 71. Le comparateur 68 reçoit un de ses signaux d'entrée de l'additionneur 70 et l'autre du dispositif 62. Les mémoires 64 et 69 peuvent prendre la forme de mémoires analogiques par exemple. Par l'intermédiaire d'un dispositif 72 de décodage et de verouillage -d'alarme, l'un ou l'autre des comparateurs 66 et 68 peut mettre en service un dispositif 74 d'affichage de canal d'alarme, ainsi que des jeux de contacts de sortie 76 pouvant servir à déclencher une action s'il se produit une alarme, par exemple l'arrêt du moteur. Divers niveaux du circuit peuvent titre affichés numériquement par un dispositif 80 d'affichage~numérique commandé par un convertisseur analogique-numérique 82 qui reçoit ses signaux d'entrées des deux mémoires 64 et 69 et du dispositif 62. Le déroulement des opérations dans le circuit est commandé par un dispositif central de commande et de déclenchement périodique 84 qui est synchronisé par une horloge 86 fonctionnant par exemple à 12 kHz. L'horloge excite également le convertisseur analogique-numérique 82. Le dispositif 84 est réglé manuellement par l'intermédiaire d'un dispositif de réglage 88 en fonction du nombre de sorties de la cellule photo-électrique auxquelles ce système doit répondre. Comme cela est indiqué, le dispositif 84 commande le sélecteur de canaux 52, l'amplificateur pondérateur 56 (choix du gain), l'intégrateur 58(mis en service et remis à zéro), le dispositif 72 de décodage et de verrouillage d'alarme, et le convertisseur analogique numérique 82. On va maintenant décrire le fonctionnement du circuit. Le circuit fonctionne selon un cycle comprenant deux parties consécutives. Pendant la première partie, les signaux de sortie de la cellule photo-électrique sont consécutivement étalonnés, et leur moyenne est prise sous la forme de la somme de chacun des niveaux de la cellule. En-dtautres termes, la valeur résultante est représentative du niveau moyen de brouillard d'huile3 ou de substances contaminantes équivalentes, dans I.'ensemble des chambres détectrices. Pour obtenir ce niveau moyen, on règle l'amplificateur pondérateur 56 au moyen du dispositif 84 de manière que son gain soit proportionnel à l'inverse du nombre de signaux de sortie a étalonner. Ainsi, Si leur nombre est par exemple de cinq, on règle l'amplificateur pondérateur 56 de manière que son gain vale 1/5 de sa valeur normale. Les signaux de sortie amplifiés résultants sont additionnés par l'intégrateur 58, et le commutateur 60, qui a été réglé par le dispositif 84, envoie le signal de niveau moyen résultant à la mémoire de niveau moyen 69 par l'intermédiaire du dispositif 62.Le dispositif 62 se comporte comme un dispositif de commande de sensibilité. Dans la seconde partie des opérations,chacUn des signaux de sortie de la cellule est de nouveau étalonné, mais, cette fois, le gain de llamplificateur pondérateur 56 est réglé à sa valeur normale (par exemple l'unité). Chaque niveau de sortie résultant est amené par le commutateur 60 et le dispositif 62 de commande de sensibilité à l'une des entrées du comparateur 68. La seconde entrée du comparateur reçoit le signal de sortie de l'additionneur 70. Si le niveau de l'un quelconque des signaux de sortie de la cellule dépasse le signal de- sortie de l'additionneur 10, le comparateur 68 excite le dispositif 72 de décodage et de verrouillage d'alarme et, sous bs ordres du dispositif central 84, fait produire au dispositif d'affichage 74 un signal d'avertissement indiquant quel signal de la cellule, crest- -dire quelle chambre de détection, se trouve dans l'état d'alarme. Le jeu de contacts de sortie 76 est alors mis en oeuvre et peut déclencher une action correctrice appropriée. En outre, le comparateur 66 compare le niveau moyen de tous les signaux d'entrée de la cellule, qui sont emmagasinés dans la mémoire 69, avec le niveau d'alarme emmagasiné dans la mémoire 64. Si le comparateur constate que le niveau moyen dépasse le niveau d'alarme, il déclenche alors une action d'alarme. Pour donner une référence, l'appareil peut comporter une cellule photo-électrique conçue pour mesurer le niveau lumineux existant dans une chambre détectrice (identique à celles décrites sur les figures 1 et 2) continuellement alimentée en une atmosphère sensiblement constante et non contaminée. Ceci fournit un canal de référence. Par l'intermédiaire du sélecteur de canaux 52, le signal de sortie de ce canal est envoyé à l'intégrateur 58 et est soustrait du niveau moyen atteint pendant la première partie des opérations, ainsi que de chacun des signaux de sortie des canaux de mesure obtenus pendant la deuxième partie, de sorte que tous les niveaux sont rapportés au niveau du canal de référence. On effectue la soustraction en inversant la polarité de sortie de l'amplificateur 56 pendant cette opération. En outre, un pourcentage fixe du niveau du canal de référence est envoyé à l'amplificateur pondérateur 56 au cours de la première partie des opérations et est emmagasiné dans la mémoire de niveau d'alarme 64 pour servir de niveau d'alarme. La figure 6 représente une forme modifiée de la partie du circuit de la figure 5 qu'entoure la ligne en traits mixtes B, et les éléments qui correspondent aux éléments de la figure 5 y sont désignés de façon identique. Dans le circuit modifié de la figure 6, le comparateur 68 a été omis, ainsi que l'additionneur 70 et le diviseur 71, Le comparateur 66 est connecté de façon recevoir le signal de sortie de la mémoire de niveau d'alarme et de le comparer avec le signal de sortie du dispositif 62 se comportant comme un dispositif de commande de décalage de niveau. Pour le reste, le circuit est identique à celui de la figure 5. En fonctionnement, chacun des signaux de sortie de la cellule photo-électrique est successivement traité (a savoir les signaux relatifs à des chambres contenant éventuellement des atmosphères contaminées), alors que le gain de l'amplificateur pondérateur 56 est réglé sur sa valeur normale. Chaque signal amplifié résultant est envoyé par le commutateur 60 et le dispositif 62 à l'une des entrées du comparateur 66, dont l'autre entrée reçoit de la mémoire 64 un niveau d'alarme qui est lié au niveau emmagasiné qui a été déduit de celui du canal de référence, de la manière qui a été indiquée.Si l'un quelconque des signaux de la cellule photo-électrique dépasse le niveau d'alarme, le comparateur 66 excite le dispositif 72 de décodage du canal d'alarme et de verrouillage d'alarme > de la meme manière que cela a été indiqué en liaison avec la figure 5. Avant la série d'opérations qui vient autre décrite, on procède k une série d'opérations correspondant à la première partie des opérations décrite en liaison avec la figure 5. Cette série d'opérations fixe le niveau de la mémoire 69 de niveau moyen. Dans le circuit de la figure 5 ou celui i la figure 6, le convertisseur analogique-numérique 82 permet l'affichage numérique, par l'intermédiaire du dispositif d'affichage numérique 80, des données emmagasinées dans la mémoire 69 sous la forme d'un pourcentage du niveau se trouvant dans la mémoire 64 de niveau d'alarme. En outre, le niveau correspondant l'un quelconque des canaux peut titre affiché. L'affichage voulu est choisi au moyen d'un sélecteur 90. Le circuit comporte une alimentation électrique et un dispositif de régulation du signal de la source lumineuse 32 (figure I) ou 41A (figure 2), mais aucun de ces dispositifs n'est représenté. Le circuit peut également comporter un dispositif 91 permettant d'effectuer une série d'essais dont le résultat est affiché sur un dispositif d'affichage d'alarme. L'utilisation d'une cellule divisée en plusieurs parties comme éléments détecteurs respectivement associés aux chambres est avantageuse, car 12 vieillissement et les effets dus aux variations de la température et d'autres paramètres, comme par exemple la tension d'alimentation, sont plus susceptibles d'affecter les différentes sorties d'une manière sensiblement égale que dans le cas où chaque chambre de détection a sa propre cellule photo-électrique distincte. Bien entendu, l'homme de l'art peut apporter, sans sortir du cadre de l'invention, diverses modifications aux dispositifs qui viennent d'être décrits uniquement à titre d'exemples non limitatifs de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil détectant la présence dans un fluide d'une substance exerçant un effet sur la lumière, cet appareil comprenant une chambre de détection destinée à recevoir une atmosphère dans laquelle peut titre présente une substance altérant la lumière que l'on veut détecter, un dispositif d'introduction de lumière qui conduit la lumière à la chambre de manière qu'elle traverse une région de la chambre, et un dispositif de sortie de lumière qui conduit la lumière, après traversée de la chambre, à un détecteur photosensible chargé de détecter l'intensité de la lumière, l'appareil étant caractérisé en ce que les dispositifs d'introduction et de sortie de la lumière sont constitués par des fibres optiques. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il existe plusieurs chambres de détection à chacune desquelles une fibre optique différente conduit la lumière pour lui faire traverser une région de la chambre. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé par une source lumineuse commune destinée à alimenter la totalité des fibres optiques. 4. Appareil selon la revendication 2 ou 3, caractérisé en ce que la fibre optique formant le dispositif de sortie de lumière associé à chaque chambre conduit la lumière à un détecteur photosensible distinct. 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que chaque détecteur photosensible distinct est une région distincte, électriquement séparée,d'une cellule photo-électrique commune. 6. Appareil selon la revendication 4 ou 5, caractérisé par un circuit destiné à traiter successivement les signaux de sortie des détecteurs photosensibles. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé par un circuit destiné à mesurer la valeur moyenne des signaux de sortie et à comparer chacun des signaux de sortie avec un niveau qui dépend de la moyenne obtenue au fur et à mesure de-leur traitement. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que l'une des chambres détectrices est conçue pour recevoir une atmosphère de référence exempte de la substance altérant la luminosité, de sorte que le détecteur photosensible qui lui est associé produit un signal de référence, et en ce qu'un circuit est destiné à comparer le signal de sortie de chacun des autres détecteurs photosensibles avec un niveau dépendant du signal de reference. 9. Appareil détectant la présence dans un fluide d'une substance qui exerce un effet sur la lumière, l'appareil comprenant plusieurs chambres détectrices conçues chacune pour recevoir un échantillon différent de fluide, chaque chambre offrant un trajet pour les rayons lumineux à travers une partie de la chambre, de sorte que l'intensité de la lumière qui a suivi le trajet est modifiée par toute présence de la substance altérant la lumière dans l'échantillon de fluide au cours de son passage, l'appareil comprenant également des dispositifs de détection destinés à produire respectivement des signaux de sortie indicatifs des intensités lumineuses associées aux différents trajets dans les chambres, l'appareil étant caractérisé par un circuit de contrôle commun et un circuit de multiplexage électrique commun qui permettent de connecter successivement les sorties des dispositifs de détection au circuit de contrôle afin d'exercer le contrôle. 10. Appareil selon la revendication 9, caractérisé en ce que les dispositifs de détection consistent en plusieurs dispositifs électriques photosensibles, tels qu'unie série de parties d'une cellule photo-électrique commune, eten plusieurs fibres optiques destinées respectivement k conduire la lumière de l'extrémité finale de chacun des trajets de rayons lumineux à l'un des dispositifs électriques photosensibles. 11. Appareil selon la revendication 9 ou 10, caractérisé par plusieurs fibres optiques conçues chacune pour conduire la lumière venant d'une source lumineuse commune à l'extrémité initiale d'un des différents trajets de rayons lumineux.