Brevet FR2403555A1 — publié le 19790413

La présente invention concerne un appareil de detection qui comprend un capteur à induction, placé en un point le long d'une canalisation de circulation de fluide et excité par un signal alternatif, l'appareil détectant la présence de discontinuités dans le courant de fluide dans la canalisation par les variations du signal de sortie du. capteur. L'invention concerne notamment mais non exclusivement. la détection des copeaux métalliques et d'autres particules dans une canalisation de circulation d'huile ou de carburant d'un moteur. La connaissance de la présence et de la fréquence d'apparition de particules dans la canalisation de circulation d'huile dans le moteur constitue une vérification utile de la santé du moteur puisque ce phénomène permet la prévision des défaillances des paliers ou d'autres défauts qui justifient des précautions, avant que ces défauts aient des conséquences importantes. Dans une telle application, il est utile que par exemple les particules d'acier dues à une défaillance d'un palier et les particules des produits carbonés de combustion qui ne sont pas une indication de l'usure du moteur puissent être distinguées. Bien qu'il existe déjà un appareil de détection de particules dont le fonctionnement repose sur la variation de l'inductance d'un capteur, comme décrit par exemple dans le brevet britan-nique nO 1 348 881, la distinction fiable entre les particules des différentes matières et entre d'autres discontinuités telles que des bulles d'air ou d'eau, est difficile dans un tel appareil. L'invention concerne un appareil de détection qui ne présente pas cette difficulte. Plus précisément, elle concerne un appareil de détection du type précité qui sélectionne les seuls signaux de sortie ayant un déphasage prédéterminé par rapport au signal d'entrée si bien que seules les discontinuités ayant des caractéristiques prédéterminées donnent une indication. Le passage d'une discontinuité le long d'une canalisation de circulation de fluide provoque un déphasage entre les signaux d'entrée et de sortie, et ce déphasage varie avec les caractéristiques de la discontinuité. Lorsque seuls les signaux ayant un déphasage prédéterminé sont sélectionnés-, des discontinuités d'une substance particulière peuvent etre indiquées. L'appareil peut comprendre un démodulateur qui est commandé afin qu'il transmette préférentiellement des signaux de sortie ayant le déphasage prédéterminé. Un ensemble détecteur peut être relié afin qu'il reçoive les signaux du démodulateur et ne transmette que ceux qui dépassent une amplitude prédéterminée. Le détecteur peut être disposé afin qu'il transmette les signaux supérieurs à une première amplitude prédéterminée et inférieurs à une seconde amplitude prédéterminée à une pre mière sortie, et les signaux supérieurs à la seconde amplitude à une autre sortie, afin que la quantité de discontinuités ayant des caractéristiques differentes soit indiquée. L'appareil peut comporter un oscillateur, et le capteur peut être relié à ce dernier, l'inductance du capteur faisant partie de l'inductance de l'oscillateur si bien que la fréquence de ce dernier varie lors du passage d'une discontinuité dans la canalisation de circulation de fluide. Le capteur peut être monté dans un circuit en pont si bien qu'une variation de l'inductance du capteur provoque un déséquilibre du pont.Deux capteurs peuvent être espacés le long de la canalisation ou peuvent être placés à des distances égales le long de deux circuits secondaires d'une canalisation divisée de circulation de fluide D'autres caractéristiques et avantages d'un appareil de détection de particules selon l'invention, destiné à un moteur, ressortiront mieux de la description qui va suivre, donnée à titre purement illustratif et faite en référence aux dessins annexés sur lesquels : - la figure l est un schéma en partie sous forme synoptique d'un appareil de détection de particules ayant deux enroulements capteurs ; - la figure 2 est un schéma en partie sous forme synoptique d'une variante d'appareil ayant deux enroulements capteurs; - la figure 3 représente l'utilisation de quatre enroulements capteurs ; et - les figures 4 et 5 représentent un autre circuit mettant en oeuvre 7 enroulements capteurs. L'appareil de detection de particules représenté sur la figure 1 comprend deux enroulements blindés identiques 1 et 2, formés autour d'une canalisation 3 de retour d'huile lubrifiante, en des positions espacées. Les deux enroulements l et 2 sont montés en série et une tension alternative, à une frequence d'environ 100 kHz, provenant d'un oscillateur 4, est appliquée aux enroulements, d'une manière équilibrée par rapport à la masse. L'oscillateur 4 transmet aussi un signal de référence, par exemple de référence de masse, à une ligne 5 et à un démodulateur 6 qui reçoit aussi un signal provenant de la connexion des deux enroulements capteurs 1 et 2.Un cicuit 7 de déphasage et de synchronisation, relié à l'oscillateur 4, est aussi relié au demodulateur 6 et règle la phase de demodulation des signaux alternatifs transmis au démodulateur. Le signal de sortie du démodulateur 6 parvient à un filtre passe-bande 8 dont le signal de sortie parvient à un détecteur 9 de niveau dtimpulsion. Ce dernier sélectionne les seuls signaux dont l'amplitude dépasse un niveau prédéterminé, ces -signaux parvenant à un compteur 10. Les circuits 4 et 6 à 9 peuvent être sous forme de circuits intégrés dont la construction est bien connue des hommes du métier. Lors du fonctionnement, lorsqutune discontinuité passe dans la partie de la tuyauterie 3 qui est entourée par le premier enroulement l, elle provoque une variation de l'inductance de l'enroulement et un déséquilibre du circuit formé par les enroulements 1 et 2 et l'oscillateur 4. il apparait donc une salve de modulation du signal de tension alternative parvenant à 11 entrée du démodulateur 6, cette salve étant suivie peu de temps après par une autre salve de signaux lorsque la discontinuité passe dans la partie de la canalisation 3 qui est en tourée par le second enroulement 2. La phase et l'amplitude des signaux transmis au démodulateur 6 varient avec la résistivité, la perméabilité, la dimension et la configuration de la discontinuité passant dans la canalisation 3, et varient aussi avec la fréquence de l'oscilla- teur 4. Dans l'application considérée, l'appareil est destiné à donner une indication sur /pétant du moteur, et cette indication est obtenue très efficacement par mesure. de la quantité de petits débris ferromagnétiques présents dans l'huile lubrifiante. L'appareil est donc destiné à compter sélectivement les particules ferromagnétiques et à ignorer d'autres discontinuités qui peuvent être formées par exemple par des bulles de gaz ou des particules de carbone. A cet effet, le démodulateur 6 est commandé par le circuit 7 qui est réglé dans ce cas afin qu'il donne un rapport maximal signal/bruit aux signaux d'entrée qui sont déphasés de 200 environ par rapport au signal alternatif provenant de l'oscillateur 4.A la fréquence de fonctionnement spécifiée pour l'oscillateur 4 on constate qu'un tel rapport maximal signal/bruit est obtenu par passage de particules fer romagnétiques alors que par exemple, des particules non ferroma- gnétiques donnent des signaux déphasés de 90Q par rapport à ceux des particules ferromagnétiques et gui sont donc très atténués par le démodulateur 6. Le compteur 10 donne donc un nombre représentatif du nombre de particules ferromagnétiques passant le long de la canalisation 3. Le circuit décrit peut être facilement modifié, par démodulation pour un déphasage différent, afin qu'il compte au contraire par exemple des particules de cuivre dans l'huile lubrifiante. Par exemple, deux démodulateurspeueitêtre utilisés, ayant des entrées reliées en parallèle et assurant la démodulation à des déphasages différents si bien que les nombres de particules ferromagnétiques et de particules non ferromagnétiques peuvent être obtenus par exemple. Dans un circuit avantageux, l'inductance des deux enroulements 1 et 2 fait partie de l'inductance du circuit de l'oscillateur 4 et e conséquence, la frequence de cet oscillateur varie de façon transitoire lors du passage d'une particule dans l'enroulement l ou 2. On constate que la phase et l'amplitude des signaux transmis au démodulateur 6 sont différentes lorsque l'oscillateur a une fréquence fixe ; le circuit 7 de déphasage et de synchronisation peut être réglé de façon correspondante afin qu'il adapte les caractéristiques du détecteur aux discontnuités à détecter. Le détecteur 9 de niveau.d'impulsion peut avoir par exemple deux sorties supplémentaires, reliées chacune à un compteur associé 101, 102. Le détecteur 9 transmet alors des signaux d'amplitude supérieure à un premier niveau à un premier compteur 10-, des signaux inférieurs à ce premier niveau mais supérieurs à un second niveau à un autre compteur 101, et les signaux de plus faible amplitude, inférieure au second niveau, au troi sième compteur 102. Ainsi, une indication du nombre de particules ayant des caractéristiques différentes peut être formée. Un circuit 200 de mesure de vitesse de comptage peut aussi être incorporé et relié à la sortie du détecteur 9 afin qu'il donne une indication sur la vitesse d'augmentation du nombre de discontinuités choisies. Ce circuit 200 peut être monté afin qu'il transmette un signal d'alarme lorsque la vitesse d'augmentation dépasse une valeur prédéterminée. La sélectivité et la précision de l'appareil peuvent être accrues par mise en oeuvre d'un microcalculateur pour l'analyse et le classement du signal démodulé. Un analyseur de largeur et de hauteur d'impulsion peut par exemple être utilisé pour le classement et la mémorisation de signaux de discontinuité en fonction de leur amplitude, de leur durée, de leur déphasage ou de toute combinaison voulue de ces facteurs. Le signal d'entrée du démodulateur 6 peut aussi être tiré du signal de déséquilibre d'un pont, de la manière indiquée sur la figure 2. Dans un tel appareil, les deux enroulements capteurs l et 2 sont montés dans des bras adjacents d'un pont Il dont les autres bras sont formés par des selfs 12 et 13. Le pont 11 reçoit une tension alternative provenant de l'oscillateur 4 et appliquée à deux connexions opposées, formées entre l'enroulement 1 et la self 12 d'une part et entre l'enroulement 2 et la self 13 d'autre part. Le signal de sortie prélevé aux deux autres connexions, c 'est-à-dire aux connexions des enroulements 1 et 2 d'une part et des deux selfs 12 et i3 d'autre part, est transmis à l'entrée du démodulateur 6. Lors du fonctionnement, le passage d'une discontinuité dans la canalisation 3 provoque un déséquilibre du pont il et la transmission d'une salve de modulation du signal alternatif à l'entrée du démodulateur 6, cette salve étant traitée de la manière décrite en référence à la figure 1. Il n'est pas nécessaire que les deux enroulements 1 et 2 soient placés à des distances différentes le long de la canali sation 3 mais ils peuvent par exemple entourer des circuits secondaires parallèles de la canalisation. Le passage d'une discontinuité le long d'un seul trajet secondaire provoque une différence entre les inductances des deux enroulements. Un tel circuit peut être utilisé pour la distinction entre de grosses gouttes d'huile ou des bulles d'air qui se répartissent également entre les deux circuits secondaires, et les disconti nuités plus petites qui ne passent que dans l'un ou l'autre des circuits secondaires. La figure 3 représente un appareil ayant deux circuits secondaires de ce type et dans lequel un pont 14 est formé avec quatre enroulements 15 à 18.Les enroulements 15 et 16 sont espacés l'un de l'autre le long d'un trajet secondaire 19 d'une canalisation 20 d'huile alors que les enroulements 17 et 18 sont espacés le long de l'autre trajet secondaire 21 de la canalisation. Le pont 14 peut simplement remplacer le pont 11 de la figure 2, la tension alternative provenant de l'oscillateur 4 étant appliquée entre la connexion des enroulements 15 et 16 et celle des enroulements 17 et 18 alors que le signal de déséquilibre du circuit 14 est prélevé entre les connexions des enroulements 15 et 18 d'une part et 16 et 17 d'autre part. Le signal de déséquilibre parvient au démodulateur 6 de la même manière que décrit en référence à la figure 2. On considère maintenant un circuit 22 en pont ayant sept enroulements 23 à 29 associés chacun à une canalisation 30 à 36 d'huile, en référence aux figures 4 et 5. Ce circuit 22 peut être utilisé par exemple pour la détection de la présence de particules dans de l'huile lubrifiante provenant de sept parties différentes d'un moteur à turbine à gaz. La première branche du circuit 22 en pont comprend deux enroulements 23 et 24 montés en série, la seconde branche comprend deux enroulements 25 et 26 montés en série, la troisième branche-ne comprend qu'un enroulement 27 seul, et la quatrième branche comprend deux enroulements 28 et 29 montés en parallèle. Le circuit 22 peut etre relié à l'appareil de détection de particules de la figure 2 à la place du circuit 11.Le signal alternatif provenant de l'oscillateur 14 parvient dans ce cas au circuit 22 entre les connexions de la première et de la troisième branche d'une part et de la seconde et de la quatrième branche d'autre part. Le signal de sortie du circuit 22 est prélevé entre les connexions de la première et de la seconde branche d'une part et de la troisième et de la quatrième branche d'autre part. Le passage d'une particule ou d'une autre discontinuité dans l'une des canalisations 30 à 36 modifie l'inductance de l'enroulement associé et déséquilibre le circuit 22 avec formation d'une salve de modulation du signal de sortie, qui peut être démodulée de la manière décrite précédemment. On note donc qu'on peut utiliser un nombre pratiquement quelconque d'enroulements, suivant le nombre de canaux dans lesquels la présence des particules doit être contrôlée, bien que la sensibilité de l'appareil diminue lorsqpele nombre de canaux augmente. Cependant, il est important que les enroulements occupent des positions adaptées les unes par rapport aux autres en ce qui concerne les variations de température et les contraintes mécaniques, car des variations d'inductance produites dans l'un ou l'autre des enroulements pourraient provoquer un déséquilibre parasite du circuit en pont. Le compteur 10 peut être un simple compteur elentro- mantique, une mémoire passive effaçable électriquement, une mémoire à accès direct pouvant être interrogée, une mémoire à tores magnétiques, un dispositif à couplage par charge, un registre à décalage ou tout autre dispositif convenable. Le compteur peut comporter un dispositif d'alarme ou un dispositif destiné à former un signal d'alarme et commandé lorsqu'un nombre prédéterminé de particules a été compté. REVENDICATIONS 1. Appareil de détection, du type qui comprend un capteur présentant une inductance, placé en un point le long d'une canalisation de circulation d'un fluide, et excité par un signal alternatif d'entrée, l'appareil détectant la présence de discontinuités lorsqu'elles passent le long de la canalisation par des variations du signal de sortie du capteur, ledit appareil étant caractérisé en ce qu' il sélectionne les seuls signaux de sortie ayant un déphasage prédéterminé par rapport au signal d'entrée afin qu'il ne donne une indication que des discontinuités qui possèdent des caractéristiques prédéterminées. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comprend un démodulateur 6 qui reçoit le signal alternatif de-sortie du capteur 1, 2, 15 à 18, 23 à 29, et un circuit 16 de déphasage qui règle le démodulateur 6 afin que ce dernier transmette préférentiellement des signaux de sortie ayant un déphasage prédéterminé par rapport au signal d'entrée. 3. Appareil selon la revendication 2, caractérisé en ce qu'il comprend un ensemble détecteur 9, et celui-ci reçoit les signaux du démodulateur 6 et ne transmet que ceux dont l'ampli- tude dépasse une valeur prédéterminée. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un compteur 10 qui forme un nombre représentatif du nombre de discontinuités ayant les caractéristiques prédéterminées. 5. Appareil selon la revendication 3, caractérisé en ce que l'ensemble détecteur 9 a plusieurs sorties, et il transmet les signaux qui dépassent une première amplitude prédéterminée mais qui sont inférieurs à une seconde amplitude prédéterminée à une première sortie, et des signaux qui dépassent la seconde amplitude prédéterminée à une autre sortie. 6. Appareil selon la revendication 5, caractérisé en ce qu'il comporte plusieurs compteurs 10l 101, 102 dont l'un reçoit les signaux d'une sortie et un autre les signaux de l'autre sortie. 7. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comporte un oscillateur 4, et le capteur 1, 2, 15 à 18, 23 à 29 est relié à l'oscillateur 4, l'inductance du capteur faisan partie de l'inductance de l'oscillateur 4 afin que la fréquence de celui-ci change de façon temporaire lors du passage d'une discontinuité dans la canalisation 31 20, 30 à 36 de circulation de fluide. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le capteur 1, 2, 15 à 18, 23 à 29 est disposé dans un circuit en pont 11, 14, 22 de manière que la variation d'inductance du capteur provoque un déséquilibre du circuit en pont. 9. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend plusieurs capteurs 1, 2, 15 à 18 espacés les uns des autres le long d'une canalisation de circulation de fluide 3, 20. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 8, caractériséen ce qu'il comprend un premier et un second capteur 15 et 18, placés le long d'un premier et d'un second circuit secondaire 19, 21 d'une canalisation divisée 20 de circulation de fluide, et les capteurs 15, 18 sont à égale distance de la division de la canalisation principale 20, le long des circuits secondaires 19, 21. 11. Appareil selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend un troisième et un quatrième capteur 16 et 17, le troisième capteur 16 étant distant du premier capteur 15 le long du premier circuit secondaire 19, le quatrième capteur 17 étant séparé du second capteur 18, le long du second circuit secondaire 21, d'une distance égale à celle qui sépare le troisième capteur 16 du premier 15, et les quatre capteurs 15 à 18 sont disposés chacun dans une branche d'un circuit 14 en pont afin que le passage d'une discontinuité dans le premier circuit secondaire 19 ou le second circuit secondaire 21 provoque le déséquilibre du circuit 14 en pont. 12. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en coque le capteur ou les capteurs 1, 2, 15 à 18, 23 à 29 sont sous forme d'un ou plusieurs enroulements électriques entourant la canalisation 3, 20, 30 à 36 de circulation de fluide. 13. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il est destiné à détecter une matière ferromagnétique lorsqu'elle passe le long d'une canalisa tion 3, 20, 30 à 36 de circulation de fluide. 14. Appareil selon la revendication 13, caractérisé en ce que le capteur ou les capteurs 1, 2, 15 à 18, 23 à 20 sont excités par un signal alternatif d'entrée à une fréquence d'environ 100 kHz, et l'appareil sélectionne les seuls signaux de sortie déphasés d'environ 200 par rapport au signal d'entrée afin qu'il donne une indication du passage de particules ferromagnétiques le long de la canalisation 3, 20, 30 à 36 de circulation de fluide. 15. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu il comprend un dispositif d'alarme formant un signal d'alarme lorsque les discontinuités détectées dans la canalisation 3, 20, 30 à 36 de circulation de fluide dépassent une quantité prédéterminée. 16. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend un circuit 200 de mesure de vitesse de comptage qui donne une indication sur la vitesse de variation de la quantité de discontinuités passant dans la canalisation 3, 20, 30 à 36 de circulation de fluide et ayant les caractéristiques prédéterminées. 17. Appareil selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il comprend un dispositif qui forme un signal d'alarme lors que la vitesse de variation de la quantité de discontinuités passant le long de la canalisation 3, 20, 30 à 36 de circulation de fluide dépasse une vitesse prédéterminée de variation.