Brevet FR2365108A1 — publié le 19780414

La présente invention est relative à des systèmes optiques du type comprenant un détecteur fournissant un signal en conformité avec un rayonnement introduit dans le système. L'invention est particulièrement, bien que pas exclusivement, relative à des systèmes optiques comprenant un trajet de transmission de rayonnement dans un faisceau de fibres optiques et elle est en particulier applicable dans des circonstances dans lesquelles on désire transmettre des données le long de ce trajet et dans lesquelles il existe, du fait de la longueur et de la construction du trajet ou pour une autre raison, la possibilité d'une variation de l'atténuation globale ou d'une autre perte de transmission le long du trajet. De telles variations sont gênantes en ce qui concerne la transmission des données par des moyens classiques dans lesquels le détecteur fournit un signal correspondant à l'intensité totale du rayonnement de sortie du système.Ceci peut être surmonté en utilisant une transmission de rayonnement à codage numérique, bien qu'il y ait cependant des circonstances dans lesquelles l'utilisation d'un rayonnement à codage numérique soit gênante ou ne soit pas aisément réalisable. L'invention est également particulièrement applicable, avec ou sans trajet de transmission de rayonnemPnt par faisceau de fibres optiques, à des systèmes optiques sous forme de pyromètres optiques, tels qu'on les utilise par exemple pour con trôner la température des ailettes de la turbine d'un turboréacteur. Le fonctionnement efficace d'un turbo-réacteur dépend de l'obtention d'une température optimale des ailettes de la turbine et il est en conséquence nécessaire de contrôler cette température et d'effectuer le réglage approprié, soit automatiquement, soit manuellement, pour assurer le maintien de la température optimale. Les pyromètres optiques utilisés pour détecter directement la température des ailettes de turbine présentent l'inconvénient que les détecteurs de rayonnement dont on dispose ont des caractéristiques qui dépendent de la température ambiante, de même que du niveau d'énergie du rayonnement reçu. Bien qu'il soit habituellement possible de disposer de détecteur de rayonnement dans une position éloignée de toute zone de variation extrême de température, il est cependant généralement nécessaire de prendre des mesures particulières d'un certain genre si l'on veut éviter une erreur importante dépendant de la variation de la température ambiante dans la mesure finale de la température des ailettes de turbine.A cet égard, on avait coutume d'obtenir une mesure de la température ambiante du détecteur et d'appliquer celle-ci pour la correction de l'erreur par réglage du gain au moyen duquel est amplifié le signal de sortie du détecteur. Cependant, des problèmes sont soulevés par cette technique si l'on veut obtenir un degré satisfaisant de correction dans toute la plage de fonctionnement du pyromètre ; ceci est particulièrement le cas lorsqu'on désire éviter des complications et des frais exagérés. La présente invention a pour but un système optique pouvant être utilisé pour réduire les difficultés mentionnées ci-dessus. Conformément à la présente invention, un système optique du type spécifié ci-dessus est caractérisé en ce que le signal est fourni en conformité avec le rapport des intensités des différentes composantes spectrales du rayonnement. Etant donné que le signal est fourni en conformité avec le rapport des intensités des différentes composantes spectrales du rayonnement, ce qui se distingue du dispositif classique dans lequel le signal est basé sur l'intensité totale, il reste sensiblement constant indépendamment de toute les variations probables d'atténuation ou d'autres pertes de transmission qui affectent également les différentes composantes spectrales. Le trajet de transmission du rayonnement peut être constitué par un faisceau de fibres optiques, tel qu'un câble de fibres optiques. Le système optique peut être sous forme d'un pyromètre optique destiné à être utilisé pour mesure la température des ailettes de la turbine d'un turbo-réacteur, le système fournissant une représentation de la température en fonction du rapport des intensités et des différentes composantes spectrales du rayonnement émis par les ailettes de turbine.Dans ce cas, il serait évidemment possible de réduire le nombre des instruments, si au lieu de détecter sur le réacteur proprement dit le rayonnement dépendant de la température émis par les ailettes de turbine et de transmettre ensuite des signaux correspondants vers une unité éloignée de traitement des données, on utilisait le rayonnement lui-même émis par la turbine pour la transmission des données requises vers une unité éloignée ; les problèmes de température et de vibration du milieu ambiant qui affectent le fonctionnement du pyromètre sur un turbo-réacteur peuvent de cette manière être aisément surmontés. Le rapport des deux intensités est en général indépendant du pouvoir émissif de la surface de l'ailette à condition que ce pouvoir émissif lui-même soit indépendant de la longueur d'onde. En pratique, il existe une petite différence, mais l'erreur est négligeable pour la plupart des métaux oxydés. Un système à pyromètre optique selon la présente invention sera maintenant décrit à titre d'exemples en se référant aux dessins annexés, sur lesquels la figure 1 est une représentation schématique du système la figure 2 représente un détecteur du système de la figure 1 ; la figure 3 représente les caractéristiques utilisées dans le fonctionnement du système de la figure 1 ; et la figure 4 représente une variante du détecteur à utiliser dans le système de la figure 1. Sur la figure 1, le système à pyromètre optique comporte une tête 1 qui est montée de manière à faire saillie à travers 1' enveloppe 2 de la turbine à partir du conduit de dérivation 3 du moteur ou réacteur. La tête 1 est dirigée vers les ailettes 4 de la turbine et, à son extrémité 5 dans l'enveloppe 2, comporte une lentille 6 en saphir synthétique destinée à diriger le rayonnement reçu des ailettes 4 vers un foyer. Le nez 5 de la tête 1 dans l'enveloppe 2 est entouré par un tube de visée 7 qui sert à canaliser le rayonnement émis par les ailettes 4 vers la lentille 6. Le tube 7 sert également en particulier à réduire au minimum la réception d'un rayonnement direct ou réfléchi à partir de la chambre de combustion du moteur.L'air est admis dans la paroi creuse du tube de visée 7 par une ouverture 8 de manière à passer sur la surface frontale de la lentille 6 et à réduire ainsi la possibilité d'un encrassement de cette surface par un dépôt de carbone. La lentille 6 fait converger le rayor,-lement recul l'intérieur de la tête 1 sur l'extrémité d'entrés 9 d'un trajet 10 de transmission de rayonnement par faisceau de fibres optiques Le trajet 10 est formé par des tronçons successifs accouplés lOA, lOB et 10C, d'un câble de fibres optiques dont chacun consiste en un faisceau 11 de fibres de verre contenu dans une gaine en matière plastique 12 et protégé extérieurement par un treillis 13 en acier inoxydable. Le trajet 10 va de la tête 1 vers l'exté- rieur à travers l'enveloppe extérieure 14 du moteur vers un détecteur 15.Ce dernier est monté à un emplacement relativement froid sur la cellule 16 de l'avion et sert à convertir le rayonnement transmis par le trajet 10 en un signal électrique. Ce signal électrique est délivré à une unité centrale 17 de traitement de données de l'avion, qui fournit des signaux numériques à la fois à un indicateur 18 et à un dispositif de commande 19 du moteur en conformité avec la température des ailettes 4 de la turbine, telle que représentée par le rayonnement reçu par le détecteur 15 à partir du trajet de transmission 10. Le rayonnement, émis par les ailettes 4 de la turbine est atténué sur son parcours vers le détecteur 15, le degré d'atténuation et d'autres pertes de transmission constatés à un moment quelconque étant fonction de (a) la variation dans l'atmosphère, en particulier de la teneur en oxyde de carbone et en eau du gaz d'échappement à l'intérieur de l'enveloppe 2 de la turbine (b) la variation de l'opacité de tout dépôt de carbone ou autre matière qui, malgré l'air soufflé par l'ouverture 8, encrasse la surface avant de la lentille 6 (c) la variation de transmission dans les tronçons accouplés lOA, lOB et 10C du câble de fibres optiques, résultant par exemple des ruptures de fibres et des effets de contrainte et de température; et (d) la variation dans l'accouplement des tronçons successifs lOA, 108 et 10C du câble de fibres optiques et l'accouplement du détecteur 15. Les troncons 10A, 10B et 10C sont accouplés les uns aux autres par des connecteurs 20 t 21 montés respectivement sur l'enveloppe 14 et la cellule 16, et au détecteur 15 par un connecteur 22. La variation de la transmission de rayonnement à travers l'un quelconque des connecteurs 20, 21 et 22 peut aisément résulter de vibrations ou d'un assemblage incomplet des parties lorsque, par exemple, l'accouplement est rétabli après qu'il y a eu rupture, éventuellement pendant l'entretien ou une autre opération de maintenance du moteur ou des instruments associés. Une compensation d'une telle variation ou des autres formes de variations mentionnées sous (a). à (c) ci-dessus est effectuée dans le présent système en faisant en sorte que le signal électrique émis par le détecteur 15 dépende des intensités relatives des deux composantes spectrales de la lumière qu'il reçoit du trajet de transmission 10. D'une manière plus particulière, le signal de sortie du détecteur 15 est obtenu en conformité avec le rapport des énergies des ondes lumineuses, reçues dans deux étroites bandes espacées de longueurs d'onde, à l'intérieur du spectre continu du rayonnement provenant des ailettes 4. Ce rapport fournit une mesure de la température des ailettes de turbine qui est sensiblement indépendante de l'intensité totale du rayonnement lumineux reçu et de ce fait des pertes de transmission au détecteur 15. Les détails de construction du détecteur 15 et de son montage électrique sont représentés sur la figure 2. Sur la figure 2, la lumière reçue à partir du trajet de transmission 10 par le connecteur 22 est dirigée vers chacune des deux photodiodes 23 et 24 à travers des filtres respectifs 25 et 26 (bien que l'on puisse choisir des détecteurs de rayonnement qui soient chacun naturellement sélectifs vis-à-vis de l'une des deux bandes spectrales).Les filtres 25 et 26 ne laissent passer respectivement que des bandes de longueurs d'onde et et ij2 (par exemple des bandes centrées nominalement sur 0,7 et 0,9 micron), de sorte que l'amplitude du signal de sortie de la photodiode 23 est en conformité avec l'énergie recue dans la bande AR1 tandis que l'amplitude du signal de sortie de la photodiode 24 est en conformité avec l'énergie reçue dans la bande a2. Les deux signaux produits par les photodiodes 23 et 24 sont amplifiés dans les amplificateurs respectifs 27 et 28 délivrés ensuite à un circuit diviseur 29. Le circuit diviseur 29 produit un signal analogique représentatif du rapport des amplitudes des deux signaux provenant des photodiodes 23 et 24 et c'est ce signal analogique qui est délivré à l'unité centrale 17 de traitement de données. Le signal analogique fourni à l'unité 17 dépend de la température T des ailettes de turbine. A cet égard, et en se référant à la figure 3, l'énergie E émise par les ailettes 4 de la turbine est distribuée sur une large bande de longueurs d'onde A, la forme de la courbe de distribution étant une fonction unique de la température T. Le rapport de AE1 et LIE2, c'est-à-dire respectivement les contributions énergétiques à l'intérieur des deux bandes espacées bA1 et hA2 à l'intérieur du spectre continu des longueurs d'ondes émises, dépend de la température T de manière telle qu'une mesure de T peut être aisément obtenue en fonction de ce rapport. Le signal de sortie analogique du détecteur 15 fournit une telle mesure et est utilisé dans l'unité 17 pour produire des représentations numériques de la température T à appliquer à 1' indica- teur 18 et au dispositif de commande 19. Une variante du détecteur 15 est représentée sur la figure 4. Dans ce cas, on utilise une seule photodiode au lieu de deux. Sur la figure 4, deux filtres 45 et 46 correspondant aux filtres 25 et 26 de la figure 2 sont déplacés alternativement dans la trajectoire du rayonnement de sortie du trajet de transmission 10 vers une photodiode 47. Deux signaux ayant des amplitudes dépendant respectivement des niveaux d'énergie aE1 et hE2 sont produits en conséquence successivement par la photodiode 47. Ces signaux sont transmis par un amplificateur 48 à un détecteur 49 sensible aux phases qui est commandé en synchronisme avec le mouvement cyclique des filtres 45 et 46 de manière à faire une distinction entre les deux signaux et à les transmettre par l'intermédiaire d'amplificateurs séparés 50 et 51 à un circuit diviseur 52.Le circuit 52 fournit un signal analogique en conformité avec le rapport des deux amplitudes de signaux à 41unité centrale 17 de traitement des données, de manière à obtenir la mesure appropriée de la température T des ailettes de turbine. Les photodiodes 23, 24 et 47 peuvent fonctionner dans les dispositions décrites ci-dessus, soit comme sources de tension (c'est-à-dire respectivement pour les amplificateurs 27, 28 et 48 ayant des impédances d'entrée élevées), soit comme source de coiJ- rant (pour lesquelles les impédances d'entrée des amplificateurs 27, 28 et 48 sont faibles) Dans le premier cas, un réglage étroit de la température de chaque photodiode est requis ceci peut être aisément réalisé comme décrit dans la demande de brevet français NO 76 07 936 en s'assurant que la photodiode est maintenue constamment à une température supérieure à la température la plus élevée à laquelle elle serait soumise autrement dans des circonstances normales pendant le fonctionnement. L'invention n' est pas limitée à des pyromètres optiques ; dans un contexte plus général, le système peut comprendre à l'extrémité d'entrée d'un trajet de transmission de rayonnement un dispositif particulièrement approprié pour engendrer des composantes de rayonnement dans les deux bandes de longueurs d'onde, leurs intensités étant en rapport l'une avec l'autre en fonction des données à transmettre. L'invention peut être utilisée pour un rayonnement dans les spectres infrarouge, visible ou ultraviolet. I1 va de soi que le systeme décrit et représenté peut subir diverses modifications sans sortir du cadre de l'in- vention. REVENDICATIONS 1. Système optique comprenant un détecteur fournissant un signal en conformité avec un rayonnement introduit dans le système, caractérisé en ce que le signal est fourni en conformité avec le rapport des intensités des différentes composantes spectrales du rayonnement. 2. Système optique comprenant un trajet de transmission de rayonnement par faisceau de fibres optiques et un détecteur fournissant un signal en conformité avec le rayonnement de sortie du trajet, caractérisé en ce que le signal est fourni conformément au rapport des intensités des différents composantes spectrales du rayonnement. 3. Système optique sous forme d'un pyromètre optique de mesure de la température des ailettes d'une turbine d'un turbo-réacteur,caractérisé en ce que le système comprend un détecteur (15) fournissant une représentation de la température en fonction du rapport des intensités des différentes composantes spectrales du rayonnement émis par les ailettes (4) de la turbine à gaz. 4. Système optique suivant la revendication 3, caractérisé en ce que le système comprend un câble (10) de fibres optiques et en ce que le câble (10) recoit un rayonnement émis par les ailettes (4) de la turbine à gaz et transmet ce rayonnement au détecteur (15). 5. Système optique suivant l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le détecteur (15) comprend plusieurs détecteurs de rayonenement (23 et 24), chacun desdits détecteurs (23 et 24) fournissant un signal en conformité avec l'intensité d'une composante individuelle choisie parmi les composantes spectrales du rayonnement. 6. Système optique suivant la revendication 5,caractérisé en ce que le détecteur (15) comprend des filtres (25 et 26) qui laissent passer l'une des composantes spectrales vers chacun des détecteurs (23 et 24). 7. Système optique suivant l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que le détecteur (15) comprend un détecteur individuel de rayonnement (47), prélevant successivement des échantillons des différentes composantes spectrales. 8. Système optique suivant la revendication 7, carartérisé en ce que le détecteur (15) comprend des filtres (45 et 46) qui laissent passer successivement les différentes composantes spectrales vers le détecteur (47).