Brevet FR2493993A1 — publié le 19820514

La présente invention concerne un équipement de détection d'é- coulement de matière en grains, qui est particulièrement utile pour détecter l'écoulement de grains dans un tube de semence. Un équipement agricole de semence consiste généralement en un ou plusieurs caissons dans lesquels les grains de semence sont stockés, les caissons étant reliés par des tubes de sem-nce à des orifices qui sont espacés le long d'une barre d'épandage et sont situés juste au-dessus de sillons à planter. Les semences tombent dans les tubes de semence par gravité ou y sont entraînées par un courant d'air. Pour l'opérateur de l'équipement de semaille, il est important de pouvoir détecter qu'un écoulement continu de graines tombe dans chaque tube de semence, car ces tubes peuvent parfois être obstrués, ou qu'un caisson peut être vide. Quand cela arrive, l'écoulement de graines s'arrête et des zones du champ restent non plantées, ce qui réduit l'efficacité d'utilisation du champ. Pour détecter l'écoulement des semences, on a parfois utilisé un microphone placé dans chaque tube principal qui alimente en se- mences les tubes de semence. Une partie des semences qui s'écoulent dans chaque tube frappe le microphone en engendrant des impulsions qui sont utilisées pour faire marcher des appareils indicateurs placés près de l'opérateur. Il s'est révélé qu'un microphone logé dans un tube de semence restreint le débit des graines dans des limites insupportables, en créant parfois un amas de semences et en causant ainsi lui-même un blocage du tube. De plus, il s'est révélé que la face du microphone se couvrait de semences, de poussières, etc., qui absorbaient l'éner- gie de l'impact des semences suivantes, en réduisant l'amplitude du signal de sortie du microphone. On a aussi utilisé des cellules photoélectriques pour détecter le débit de semences passant à travers un faisceau lumineux, mais ce type de structure ne fonctionne plus quand la source de lumière et/ou la cellule photoélectrique sont couvertes de poussière, de boue ou de produits chimiques. On a trouvé que l'équipement de la présente invention pouvait surmonter les problèmes mentionnés ci-dessus. Une tige fine, de préfé- 2 2493993 rence de section circulaire, est en saillie dans le tube de semences. Le diamètre de la tige doit être relativement petit par rapport à celui du tube de semence et, de préférence, être aussi petit que possible tout en lui maintenant sa rigidité. La tige est fixée à une face d'un quartz piézoélectrique, dont la structure est telle que les fréquences au-dessous d'environ 10 kHz sont pratiquement amorties. Cela réduit sensiblement l'effet des vibrations du véhicules sur le quartz piézoélectrique. Une partie des graines tombant dans le tube heurte la tige en produisant un signal de sortie sous la forme d'un signal oscillant, à la fréquence de résonance du quartz. Le signal peut être détecté et faire fonctionner un indicateur pour indiquer la présence du débit de semences. Comme le diamètre de la tige est petit par rapport à celui du tube de semence et comme la surface de la tige contre laquelle les graines frappent est en pente par rapport à une plan horizontal, étant donné sa section circulaire, il n'y a virtuellement aucune chance que que les graines s'amassent sur elle et obstruent le tube. Les détecteurs à microphones utilisés dans le passé étaient si grands qu'ils ne pouvaient pas être utilisés dans les tubes de semence proprement dits et nécessitaient d'être utilisés dans le tube principal d'alimentation ou le ventilateur dans lesquels tombaient les graines. Cependant, ces tubes d'alimentation principale sont reliés à une pluralité de tubes de semence et, si l'un seulement de ces tubes ou quelques uns d'entre eux se bloquaient, il y avait encore un débit de semences dans le tube principal ou le ventilateur, ce qui donnait une indication fausse à l'opérateur en lui faisant croire que l'équipement fonctionnait correctement. Pour la première fois, l'équipement détecteur suivant l'invention peut être utilisé dans un tube de semence proprement dit, en contrôlant ainsi le débit réel dans chaque tube de semence. Si un seul tube vient à se bloquer ou tombe en panne, cela est immédiatement détecté par le détecteur correspondant, avec transmission de l'indication de défaut à l'opéra- teur du semoir. D'une manière générale, l'équipement suivant l'invention est un détecteur de graines comprenant une tige, une structure de détection pour détecter les impacts contre la tige et des moyens pour amortir les vibrations de la tige au-dessous d'une fréquence prédéterminée. De préférence, la tige a une section circulaire de manière à créer des surfaces en pente par rapport au plan horizontal sur sa partie (supérieure) recevant les impacts si bien que les graines glissent ou rebondissent et ne s'amassent pas. Le détecteur est placé contre une paroi du tube de semence, la tige passant par un trou dans la paroi du tube pour être exposée au débit de graines s'écoulant vers l'orifice de sortie des semences. Les impacts contre la tige sont, de préférence, détectés par un quartz piézoélectrique ayant une face fixée à une extrémité de la tige, à l'extérieur du tube. La structure d'amortissement est formée par une masse de néoprène à cellules fermées ayant une compressi- bilité d'environ 50 % sous une pression d'environ 140 à 350 g/cm appliquée contre la face opposée du quartz. En conséquence, les vibrations mécaniques de, par exemple, moins de 10 kHz sont prati- quement amorties. La tige passe à travers une rondelle élastique logé dans un trou de la paroi frontale d'un boîtier, la tige étant en contact élastique avec le bord de son trou de passage dans la rondelle. Une matière adhésive souple est placée entre la face du quartz à laquelle est fixée l'extrémité de la tige et la rondelle. La matière élastique à cellules fermées porte contre la face opposée du quartz et peut entourer le reste du quartz dans le boîtier. La description du détecteur qui va être faite se rapportera généralement à l'utilisation de la structure dans un tube de semence pour détecter un écoulement de graines. Cependant, on doit comprendre qu'il peut s'appliquer à diverses sortes de matières en grains, telles que les semences, les engrais en grains, etc. Les termes "grain" ou "graines" doivent se comprendre au sens large. Les caractéristiques de l'invention mentionnées ci-dessus, ain- si que d'autres, apparaîtront plus clairement à la lecture de la des- cription suivante d'exemples de réalisation, ladite description étant faite en relation avec les dessins joints, parmi lesquels: les Figs. lA et 1B sont des vues en coupe de détecteurs d'écoulement de grains de la technique antérieure disposés dans des tubes d'alimentation de grains, la Fig. 2 est une vue en coupe d'un exemple de réalisation, suivant la présente invention, et la Fig. 3 est une vue en coupe d'un autre exemple de réalisa- tion, suivant la présente invention. A la Fig. lA, on a montré un tube d'alimentation en grains 1, les grains y passant dans la direction de la flèche. Un microphone 2 est logé dans le tube 1 et est disposé de manière que sa face fasse pratiquement à un angle de 450 avec la direction d'écoulement des grains. L'angle de la face du microphone est tel que la tendance des grains et les débris à s'amasser à la surface est réduite. Toutefois, on voit que le microphone occupe une surface impor- tante de la section du tube d'alimentation en grains. En conséquence, on a constaté que des produits chimiques, de la poussières, des saletés et des graines s'amassaient sur sa grande surface, en créant, dans certains cas, une surface souple absorbant l'énergie. L'impact d'autres graines sur cette surface souple entraîne un signal de faible amplitude ou même nul à la sortie du microphone. De plus, dans le cas o l'amas cité plus haut se produit, il peut éventullement s'ensuivre un bloquage important ou total du tube d'alimentation en graines. En conséquence, un entretien de nettoyage du tube d'alimentation en graines est nécessaire. La Fig. 1B est une coupe du tube d'alimentation en graines dans lequel on utilise un microphone de type différent. Ce microphone est semblable à celui décrit dans le brevet canadien 1 055 144 délivré le 22 mai 1979. La surface supérieure sensible du microphone fait face à la direction d'écoulement des graines afin d'obtenir une énergie maximale d'impact des graines. Toutefois, étant donné que la face du microphone est horizon- tale, il est clair que de la poussière, des saletés, des produits chimiques et des graines peuvent s'amasser sur la surface supérieure à un rythme rapide, en endommageant son fonctionnement. Le diamètre de la surface des deux microphones décrits ci- -dessus constitue une partie importante du diamètre du tube d'alimen- tation en graines, ce qui augmente la probabilité de bloquage. Un vue en coupe longitudinale d'un exemple de réalisation, suivant la présente invention, est montrée à la Fig. 2. Un transduc- teur piézoélectrique 5 a une tige 6 fixée orthogonalement à une face 7. La tige passe à travers le trou central d'une rondelle élastique 8, qui est maintenue dans un trou d'un boîtier 9. La tige 6 passe à travers la rondelle 8 de manière à établir un contact périphérique, de préférence en applicant une contraire légère à la rondelle. Bien entendu, la rondelle doit être en un matériau élastique tel que du caoutchouc. la face du transducteur piézoélectrique adjacent à la rondelle est rendue adhèrente à celle-ci en remplissant l'espace libre avec une matière adhésive souple telle que du caoutchouc au silicone "SILASTIC RTV" commercialisé par Dow Corning Ltd.. Un matière élasti- que à cellules fermées 10 entoure le reste du quartz à l'intérieur du boîtier. De préférence, la matière élastique à cellules fermées doit être du néoprène, ayant un taux de compression de 50 % sous une pression de 140 à 350 g/cm. Une telle matière peut être choisie dans le groupe des néoprènes élastiques à cellules fermées des types * * * R-421-N, R-411-N et R-415-N commercialisés par Rubatex Products, Hamilton, Ontario, Canada. Le matière montrée est sous forme d'une feuille qui peut être coincée dans le bo!tier. Dans cet exemple de réalisation, une partie du boîtier isolant le quartz piézoélectrique est séparée du reste du boîtier au moyen d'une cloison 11. Le reste du boîtier, au-dessus de la matière élastique et dans la partie externe à la région isolée peut être rempli d'un composé d'enrobage 12, tel que l'epoxy. Les deux fils d'un câble 13 sont reliés aux faces opposées du quartz et sont tirés sans tension à travers des trous de la cloison 11, de l'enrobage 12 et d'un trou vers l'extérieur du boîtier. La rondelle est de préférence en caoutchouc étant donné qu'elle ne transmet que les fréquences basses des vibrations du véhicule porteur. Ces basses fréquences sont absorbées par le néoprène à cellules fermées utilisé derrière le quartz piézoélectrique. On a trouvé qu'un quartz piézoélectrique mince et plat avec une face carrée mesurant environ 7,5 mm de c8té, ce qui conduit à une surface de l'ordre de 56 mm fonctionnait bien. Le diamètre de la tige était d'environ 2,5 mm et sa longueur d'environ 18 mm. L'extré- mité de la tige était aplatie jusqu'à un diamètre d'environ 6 mm afin d'avoir une surface d'adhérence plus grande en contact avec la surface du quartz piézoélectrique. La tige 6 sort à travers un trou 14 dans le tube de semences 15. On a déjà noté que la tige 6 devait avoir un petit diamètre en comparaison du diamètre du tube de semences. Le boîtier est maintenu par des moyens convenables, tels qu'un support, une attache, etc. (non montrés). En fonctionnement, les graines ou autres granulés descendent le tube 15 dans la direction de la flèche. Une partie des graines heurte la tige, la faisant vibrer, la vibration étant transmise au trans- ducteur piézoélectrique 5. Le transduecteur engendre une tension de sortie qui peut être détectée entre les fils du câble 13. Il faut noter que le rôle du matériau élastique à cellules fer- mées 10 est d'absorber l'energie de vibrations transmises au transduc- teur piézoélectrique et qui est d'origine mécanique du fait des vibra- tions de l'appareil plutôt que des heurts sur la tige 6. On a trouvé qu'une telle énergie vibratoire est normallement au-dessous de lOkHz, et que les matières élastiques à cellules fermées mentionnées ci- dessus absorbent une quantité appréciable d'énergie au-dessous de lOkHz. De ce fait, la structure forme un filtre absorbant au-dessous de lOkHz. On a trouvé que, pour les tiges en aluminium ou autre matériau relativement léger, l'énergie de vibrations causée par l'impact des graines avait une fréquence allant d'environ lOkHz à 50kHz. Le transducteur, qui a bien marché, était un quartz piézoélectrique ayant une résonance à environ 43kHz. Toutefois, il est préférable d'abaisser cette résonance à mi-chemin entre les fréquences les plus basses et les plus hautes dues à l'impact des graines. La forme de tige préférée a une section circulaire. Géné- ralement, il est préférable que la surface de la tige faisant face à la direction d'o viennent les graines fasse un angle avec l'horizon- tale, sans surface plate ou concave vers le haut formant un rebord o pourraient s'amasser de la poussière, du liquide ou des débris de caoutchouc. Ainsi, quand une graine ou un autre matériau heurte -la tige, il est dévié latéralement. Le signal de sortie du câble 13 peut être utilisé dans un appa- reil qui indique à l'opérateur que les graines coulent à travers le tube avec un débit particulier étant donné que la fréquence de formation des "coups" du signal de sortie sera proportionnelle au débit d'écoulement des graines. Bien que l'invention ait été décrite avec un transducteur à quartz piézoélectrique, on peut utiliser un transducteur de forme différente dans un équipement suivant l'invention. La tige en saillie dans- le tube et la vibration causée par l'impact des graines est transmise au transducteur. Le transducteur doit être amorti ou isolé de la structure qui le supporte de façon que l'énergie des vibrations mécaniques au-dessous d'une fréquence prédéterminée n'engendre prati- quement pas de signal de sortie. La Fig. 3 est une vue en coupe d'une variante de l'exemple de réalisation de la Fig. 2. La structure de la tige 6, de la rondelle 8, du transducteur piézoélectrique 5, du matériau souple et adhésif 19 et du bottier 9 est semblable à celle montrée à la Fig. 2. Toutefois, à la Fig. 2, la matière élastique à cellules fermées est prévu sous la forme d'une feuille fixe coincée entre la cloison 11 et la paroi extérieure du bottier 9 et contre le transducteur 5; avec une partie enrobée enfermant la matière élastique à cellules fermées à l'arrière du transducteur -piézoélectrique. A la Fig. 3, le bottier à l'arrière du transducteur piézoélec- trique 5 est rempli avec la matière élastique à cellules fermées 10. Le matériau peut être formé sur place, entourant les côtés de la paroi frontale du bottier 9, tandis qu'à la Fig. 2, la matière élastique à cellules fermées a été ajoutée sous la forme d'une bande ou d'un matelas préformés et placée derrière le transducteur. Si on le désire, on peut utiliser une courte cloison 11 du bottier à travers laquelle passe le câble 13, comme suppresseur de tension, le matériau 10 remplissant le bottier jusqu'au plan de la cloison 11. Le reste du bottier 9 est alors rempli avec un composé d'enrobage 12 formant une région d'enrobage qui renferme et tient le câble 13. L'utilisation de l'un ou de l'autre des exemples de réalisation des Figs. 2 et 3 dépend de la technique de fabrication la plus économique d'on dispose le fabricant. On a trouvé que la structure décrite ci-dessus à une tendance sensiblement réduite à s'obstruer et réduit la nécessité de net- toyages fréquents. De plus, elle fournit une indication fiable et satisfaisante du volume des semences ou de grains d'autres matériaux passant à travers le tube que l'on utilise, ce qui contraste complète- ment avec les anciens microphones à grande surface qui étaient nécessaires pour détecter les semences ou les grains descendant dans un tube, avec les problèrmes de bloquage subséquent et l'utilisation uniquement possible dans des tubes de fort diamètre. q REVENDICATIONS 1) Détecteur d'écoulement de grains ou de produits en grains caractérisé en ce qu'il comprend une tige (6), des moyens (5) pour détecter les impacts des grains contre la tige et des moyens (10) pour amortir les vibrations de la tige au-dessous d'une fréquence prédéterminée. 2) Détecteur suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la surface de la tige (6) o ont lieu les impacts est oblique par rapport à l'horizontale. 3) Détecteur suivant la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que les moyens de détection des impacts sont formés par un quartz piézoélectrique (5) ayant une paire de faces opposées, une paire de fils de sortie (13) reliés auxdites faces, la tige (6) étant fixée perpendiculairement à l'une (7) des faces dans sa région centrale, le quartz (5) étant monté dans un boîtier (9) comportant une paroi frontale percée d'un trou, une rondelle élastique (8) étant montée dans ledit trou, la tige (6) passant dans la rondelle (8) en contact périphérique avec celle-ci, les moyens d'amortissement étant consti- tués par un matériau adhésif souple (19) placé entre la rondelle (8) et la face adjacente (7) du quartz (5) et un matériau élastique à cellules fermées (10) placé contre l'autre face du quartz (5) dans le bottier (9). 4) Détecteur suivant l'une des revendications 1 à 3, caractéri- sé en ce que le matériau élastique à cellules fermées (10) est du néoprène. 5) Détecteur suivant la revendication 4, caractérisé en ce que le néoprène a une compressibilité de 50 % sous une pression de 140 à 350 g/cm2 environ. 6) Détecteur suivant l'une des revendications 3 à 5, caractéri- sé en ce que le matériau élastique à cellules fermées est un néoprène du type R-421-N*, R-411-N* ou R-415-N*. 7) Détecteur suivant l'une des revendications 3 à 6, caractéri- sé en ce que le matériau adhésif souple (19) est un caoutchouc au silicone du type "Silastic RTV*II. 8) Détecteur suivant l'une des revendications 3 à 7, caractéri- sé en ce qu'il comprend encore un composé d'enrobage (12) remplissant pratiquement le bottier (9) en entourant le matériau élastique à cellules fermées (10). 9) Détecteur suivant l'une des revendications 3 à 8, caractéri- sé en ce qu'il comprend encore un tube à grains (15) adapté pour guider l'écoulement du matériau en grains, un trou (14) étant percé dans ledit tube (15) et ladite tige (6) étant radialement en saillie dans le tube (15) à travers ledit trou (14), le diamètre de la tige (6) étant relativement petit par rapport à celui du tube (15). ) Détecteur suivant la revendication 9 caractérisé en ce que la tige (6) est en saillie dans le tube (15) sur une partie importante du diamètre de ce dernier. 11) Détecteur suivant l'une des revendications 3 à 10, caracté- risé en ce que le quartz piézoélectrique (5) est mince et plat, chacune de ses grandes faces ayant une surface d'environ 56 mm et la tige (6) ayant un diamètre d'environ 2,5 mm. 12) Détecteur suivant la revendication 11, caractérisé en ce que la longueur de la tige (6) est d'environ 18 mm. 13) Détecteur suivant l'une des revendications 1 à 12, caracté- risé en ce que la tige (6) a une section circulaire.