Brevet FR2459506A1 — publié le 19810109

La présente invention concerne la transmis- sion d'informations par un système à fibres optiques et, plus spécifiquement, un appareil destiné à coder un si- gnal de position à transmettre. Le fonctionnement des équipements industriels modernes est basé sur l'utilisation de dispositifs de con- trôle de paramètres sophistiqués pour l'optimalisation des caractéristiques opératoires. Un facteur critique pour le fonctionnement de ces dispositifs de contrôle de paramètres est la détection de position précise des sous- ensembles de l'équipement. Par exemple, dans les moteurs à turbine à gaz de conception moderne, ces paramètres con- trôlables englobent le débit du carburant, le parcours prévu pour l'écoulement de ce dernier, ainsi que la pres- sion régnant le long de ce parcours. Les unités pouvant être localisées pour contrôler ces paramètres comprennent les soupapes de dosage de carburant, les tuyères d'échap- pement mobiles, ainsi que les soupapes de sûreté prévues dans le parcours d'écoulement. Pour permettre une coordi- nation efficace des paramètres variables, il est essentiel de connaître constamment la position réelle des unités de contrôle. La précision de l'ensemble du système de con- trôle dépend évidemment, dans une large mesure, de la pré- cision des dispositifs de codage de position qui émettent les signaux à traiter. On connaît des systèmes à fibres optiques qui assurent une transmission efficace de données, en particulier, dans des milieux ambiants hostiles soumis à des interférences électromagnétiques et à des fluctua- tions thermiques. Une application en milieu hostile de ce type est illustrée dans le brevet des Etats-Unis d'Amé- rique 4.116.000 aux noms de Martin et al., ayant pour ti- tre "Engine Control System" (= Système de contrôle de mo- teur). Dans ce brevet, le dispositif de codage détecte la position de la tuyère d'échappement d'un moteur à tur- bine à gaz. Les hautes températures régnant à la tuyère d'échappement et les interférences électromagnétiques se produisant le long des lignes de transmission de données rendent les systèmes à fibres optiques intéressants pour cette application. Toutefois, un problème inhérent aux disposi- tifs à fibres optiques réside dans le conditionnement des canaux multiples requis pour le codage et la transmission des bits d'informations de position. Un plus grand nombre de canaux est souhaitable pour le codage d'une détection de position plus précise. En revanche, un plus petit nom- bre de canaux simplifie la conception du codeur, tout en en réduisant les dimensions physiques. Une technique per- mettant de réduire le nombre de canaux sans réduction du nombre de bits d'informations est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4.117. 460 aux noms de Walworth et al., ayant pour titre "Sensing Device" (= Dispositif de détection). Dans le dispositif décrit dans ce brevet, les signaux d'informations sont mis en séquence afin d'en- gendrer des bits d'informations multiples sur chaque canal. La dimension du câble de transmission est ainsi réduite, mais les dimensions du dispositif de codage restent prati- quement inchangées. Les brevets précités de Martin et al. et de Walworth et al. illustrent tous deux des codeurs à plaque plate. Etant donné qu'une détection plus précise est souhaitée, les dimensions d'un codeur constituent un pro- blème de plus en plus sérieux. Pour chaque nouveau canal, par exemple, celui ajouté pour une meilleure précision, on doit prévoir une rangée supplémentaire de perforations dans la plaque de codage, augmentant ainsi les dimensions de cette dernière. De grandes plaques de codage de configu- ration plate ont non seulement tendance à se placer de travers dans leurs voies de montage, mais elles sont égale- ment susceptibles de subir des déformations thermiques et vibratoi- res. Des interférences mécaniques entravant le mouvement de la plaque de codage peuvent provoquer des retards dans la transmission des signaux, ainsi que des effets d'hysté- résis dans le signal codé. Dans les systèmes classiques, on prévoit un espace libre important entre les têtes de transmission et de réception du codeur afin de rattraper les déformations auxquelles on doit s'attendre. En outre, un appareil de montage exempt de friction et capable d'as- surer une mise en alignement précise de la plaque de coda- ge a tendance à être encombrant. Les ingénieurs et les fabricants-de codeurs à fibres optiques continuent à rechercher de nouvelles tech- niques permettant de réduire les dimensions de ces codeurs, ainsi que de nouveaux concepts de conditionnement destinés à améliorer le fonctionnement mécanique de la plaque de codage. Un objet principal de la présente invention est de fournir un dispositif de codage à fibres optiques avec un meilleur conditionnement de la plaque de codage. L'invention vise à assurer une bonne résolution de posi- tion et un fonctionnement mécanique fiable dans un codeur de forme compacte. Suivant la présente invention, la plaque de codage d'un dispositif de codage à fibres optiques a une configuration géométrique cylindrique, tandis qu'elle peut coulisser entre une tête de transmission prévue à l'inté- rieur de cette plaque de codage cylindrique, et une tête de réception prévue à l'extérieur de cette dernière. Une caractéristique principale de la présente invention réside dans la plaque de codagç cylindrique. Des rangées de perforations pratiquées dans la plaque de codage sont disposées selon la combinaison prévue dans un code binaire ou un code Gray et qui est à même d'engen- drer un signal codé du type approprié pour être utilisé dans un équipement de traitement d'informations numériques. Une tête de transmission est disposée à l'intérieur de la plaque de codage cylindrique, tandis qu'une tête de récep- tion est disposée à l'extérieur de cette dernière. La plaque de codage peut coulisser dans une rainure afin d'as- surer un alignement radial précis des rangées de perfora- tions avec les têtes de transmission et de réception. Des parcours de lumière allant aux têtes de transmis- sion et de réception pénètrent dans le codeur via un seul connecteur optique. Un avantage principal du codeur de la présen- te invention réside dans l'aptitude du dispositif à coder un signal précis d'informations à plusieurs bits. En ou- tre, on obtient une bonne résolution dans un conditionne- ment attrayant et relativement petit. La configuration cylindrique de la plaque de codage se prête mieux à un mon- tage exempt de friction qu'une plaque plate comportant un nombre équivalent de rangées de perforations de codage. On évite pratiquement toute déformation thermique de la plaque de codage grâce à la configuration géométrique cy- lindrique de cette dernière. Les pertes de transmission à travers le codeur sont atténuées par une réduction pos- sible de la distance comprise entre les voies de transmis- sion et de réception. Ces différents objets, caractéristiques et avantages de la présente invention, ainsi que d'autres apparaîtront plus clairement à la lecture de la descrip- tion détaillée ci-après de la forme de réalisation préfé- rée de cette dernière,,en se référant aux dessins annexés dans lesquels: la figure 1 est une vue éclatée illustrant une tête de transmission, une plaque de codage et une tête de réception; la figure 2 est une vue agrandie d'une des voies de transmission; et la figure 3 est une coupe transversale simpli- fiée illustrant une structure de codage spécifique dans laquelle on adopte les concepts de la présente invention. Les éléments fondamentaux d'un codeur numéri- que construit en se conformant aux concepts de la présen- te invention sont illustrés dans la vue éclatée de la fi- gure 1. Une plaque de codage 10 amenée à une configura- tion géométrique cylindrique comprend plusieurs rangées 12 de perforations espacées circonférentiellement sur la périphérie du cylindre ainsi formé. Les perforations 14 de chaque rangée sont calibrées aux dimensions de celles prévues dans un code binaire ou un code Gray. Une tête de transmission 16 est également amenée à une configuration géométrique cylindrique et ses dimensions sont calculées de telle sorte que la pla- que de codage 10 puisse glisser par-dessus. Un faisceau 18 de fibres de verre individuelles 20 s'étend à l'inté- rieur de la tête de transmission et est subdivisé en plusieurs parcours de lumière distincts 22. Le nombre de parcours de lumière est égal au nombre de rangées de perforations 12. L'écartement des parcours de lumière correspond à celui des rangées de perforations et chacun de ces parcours est orienté de telle sorte qu'il puisse diriger une colonne de lumière radialement vers l'exté- rieur de la tête de transmission en direction de la ran- gée correspondante de perforations. Une tête de réception 24 est également amenée à une configuration géométrique cylindrique et ses dimensions sont calculées de telle sorte que la pla- 2, que de codage 10 puisse y pénétrer par glissement. Plu- sieurs parcours de lumière distincts 26 sont espacés cir- conférentiellement sur la périphérie de la tête de ré- ception. Chacun de ces parcours 26 est opposé à un par- cours correspondant 22 de la tête de transmission et il est constitué d'une multitude de fibres individuelles 28. Chaque parcours 26 est tourné vers l'intérieur en étant orienté de telle sorte qu'il puisse recevoir une colonne de lumière dirigée vers l'extérieur. Les dessins annexés illustrent huit groupes de rangées de perforations et de parcours opposés. La figure 2 illustre un des parcours de transmission 22. La figure 3 illustre la tête de transmis- sion 16, la plaque de codage 10 et la tête de réception 24 enfermées dans une structure spécifique. La tête de réception est montée dans un logement 30 auquel elle est fixée. La tête de transmission est montée dans la tête de réception à laquelle elle est fixée. Les fibres 20 du faisceau 18 passent à l'intérieur de la tête de trans- mission et s'étendant ensuite radialement vers l'extérieur pour for- mer les parcours de lumière 22 à une extrémité de cette tête de transmission. Une plaque en bout 32 recouvre les fibres 20 à cette extrémité de la tête de transmis- sion. Les fibres 28 de chaque parcours de lumière 26 de la tête de réception sont repliées axialement vers l'ar- rière à l'extrémité de cette dernière et elles s'étendent ensuite longitudinalement sur la surface extérieure de cette tête. Une plaque en bout 34 recouvre les fibres 28 à cette extrémité de la tête de réception. Les bouts des fibres 20 de chaque parcours de lumière 22 sont opposés aux bouts des fibres 28 d'un parcours de lumière corres- pondant 26 en travers d'un espace annulaire G. Les fibres des parcours de lumière sont col- lées à l'intérieur des têtes respectives à partir des- quelles elles s'étendent pour pénétrer dans le connecteur optique 36. Ce connecteur optique est du type général il- lustré dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique 4.076.379 au nom de Chouinard, ayant pour titre "Fiber Optic Con- nector" (= Connecteur pour fibres optiques). A l'inté- rieur du logement, les fibres s-ont supportées par un com- posé d'encapsulation 38. Le composé d'encapsulation dans lequel les fibres sont supportées, doit être suffisamment flexible pour rattraper la déviation angulaire limitée se produisant au cours de la manipulation du dispositif, tout en assurant un soutien suffisant afin d'empêcher la dété- rioration des fibres. La plaque de codage 10 est montée dans le logement et elle peut coulisser dans l'espace libre G en- tre la tête de transmission et la tête de réception. Une saillie telle que l'ergot 40, coulisse dans une rainure 42 ménagée dans la tête de réception afin d'ali- gner les rangées de perforations 12 avec les parcours de transmission et de réception correspondants. Un bras 44 s'étend depuis la plaque de codage jusqu'à l'extérieur du logement. Ce bras peut être relié au dispositif dont on doit détecter la position. Un mouvement de transla- tion du dispositif à détecter entraîne un mouvement de translation correspondant de la plaque de codage entre les têtes de transmission et de réception. Comparativement aux codeurs à plaque plate de conception classique, on peut obtenir une résolution de position précise avec un dispositif cylindrique rela- tivement petit. Par exemple, un codeur à plaque plate à course de 38,1 mm capable de résoudre une position à 0,05 mm près,possède une tête optique comportant huit perforations mesurant 0,05 mm sur 4,97 mm, ce qui donne une plaque de codage d'une largeur active de 52,01 mm avec, pour l'ensemble de l'assemblage de codeur (y com- pris le châssis support et les guides d'alignement), une largeur d'environ 76,2 mm. En revanche, un codeur cylin- drique ayant la configuration décrite ci-dessus nécessi- terait une plaque de codage d'un diamètre de 16,5 mm seu- lement avec, pour l'ensemble du dispositif de codage, un diamètre inférieur à 38,1 mm. La plaque de codage cylindrique est beaucoup plus robuste qu'une plaque plate équivalente et elle peut être fabriquée avec une épaisseur réduite. En outre, elle est nettement moins sujette aux déformations thermiques et aux déviations vibratoires qu'une plaque plate correspon- dante. En conséquence, l'espace G requis pour permettre un mouvement exempt d'interférence est réduit par rapport à l'espace comparable que l'on doit ménager dans les co- deurs à plaque plate. De plus, l'efficacité de la trans- mission est améliorée. 24595-06 Subsidiairement, la plaque de codage à confi- guration cylindrique est d'une masse inférieure à celle de la plaque de codage à configuration géométrique plane, tandis qu'elle est moins susceptible aux charges de fric- tion qui lui sont imposées par sa structure de montage et de guidage. Il en résulte une moins forte tendance à l'apparition d'effets d'hystérésis dans l'appareil de détection. La configuration cylindrique facilite l'inté- gration du conditionnement du codeur dans des éléments hydrauliques de commande qui ont une configuration cylin- drique correspondante. De même, la configuration cylin- drique facilite davantage la fabrication d'éléments de codeurs à tolérances étroites, si bien que l'espace G peut être réduit à une valeur minimale qui est sensible- ment inférieure à celle de l'espace correspondant ménagé dans les codeurs à plaque plate. Bien que l'invention ait été illustrée et dé- crite en se référant à des formes de réalisation préférées, l'homme de métier comprendra que diverses modifications et omissions peuvent être envisagées tant dans sa forme que dans ses détails, sans se départir de son esprit et de son cadre. REVENDICATIONS 1. Dispositif de codage à-fibres optiques du type comprenant une tête de transmission renfermant plusieurs parcours de lumière, une tête de réception renfermant également plusieurs parcours de lumière cor- respondant à ceux définis dans la tête de transmission, ainsi qu'une plaque de codage disposée entre ces têtes de transmission et de réception afin de coder un signal de position, caractérisé en ce que cette plaque de co- dage est amenée à une configuration géométrique cylin- drique, tandis qu'elle peut effectuer un mouvement de translation entre la tête de transmission et la tête de réception, lesquelles sont orientées pour permettre la transmission d'un signal de codage radialement en tra- vers de la plaque de codage cylindrique. 2. Dispositif de codage à fibres optiques suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la plaque de codagepeut coulisser par-dessus la tête de transmission, tandis que chacun des parcours de lumière de cette tête de transmission est orienté de façon à pouvoir diriger une colonne de lumière radialement vers l'extérieur, de la tête de transmission vers la plaque de codage. 3. Dispositif de codage à fibres optiques suivant l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que la plaque de codage peut coulis- ser dans la tête de réception, tandis que chacun des parcours de lumière de cette tête de réception est orien- té de façon à pouvoir recevoir la colonne de lumière di- rigée radialement à partir des parcours de lumière de la tête de transmission. 4. Dispositif de codage de position du type à fibres optiques, ce dispositif comprenant une tête de transmission cylindrique renfermant un faisceau de fibres optiques s'étendant radialement vers l'exté- %5 rieur à partir de la surface intérieure de cette tête pour former plusieurs parcours de lumière distincts qui sont espacés circonférentiellement l'un de l'autre en étant orientés de façon à pouvoir diriger des colonnes de lumière radialement vers l'extérieur à partir de la tête de transmission; une tête de réception cylindrique espacée radialement de la tête de transmission en ména- geant ainsi un espace annulaire entre elles, cette tête de réception comportant plusieurs passages de lumière espacés circonférentiellement en coïncidence avec les parcours de la tête de transmission et orientés de façon à pouvoir recevoir les colonnes de lumière dirigées radia- lement à partir de cette dernière; ainsi qu'une plaque de codage cylindrique pouvant coulisser en un mouvement de translation dans l'espace précité entre les têtes de transmission et de réception, caractérisé en ce que cette plaque de codage comporte plusieurs rangées de perfora- tions coïncidant avec les parcoures de lumière afin de per- mettre une transmission sélectionnée des colonnes de lu- mière en travers de l'espace précité en réponse à la posi- tion longitudinale de la plaque de codage à l'intérieur de cet espace.