Brevet FR2509859A1 — publié le 19830121

L'invention concerne une installation de contr 8 le atmosphérique, et plus précisément, sans que cela soit limitatif, un système particulièrement bien adapté à la surveillance de la teneur en méthane de l'atmosphère, cette installation se montant sur des engins de mine utilisés dans les mines de charbon Le r 8 le d'une telle installation est de détecter la présence du méthane et d'avertir l'opérateur lorsqu'un niveau de méthane patentie U Jmint dan- gereux est atteint, ce dispositif étant également prévu pour couper automatiquement l'alimentation des machines lorsqu'ôn se trouve dans des conditions d'alarme. Initialement les systèmes de ce genre étaient de type analogique et envoyaient à un circuit de lecture unsignal obtenu à partir d'un pont contenant le détecteur de méthane Cependant, les systèmes analogiques de ce type nécessitent de fréquents réétalonnages lorsqu'on les fait fonctionner dans les conditions difficiles d'une mine, et ils ne peuvent être étalonnés que dans les conditions exactes de fonctionnement sur le site y compris avec les fils de câblage. Des systèmes ultérieurs ont été prévus pour transformer le signal analogique obtenu au niveau de la t 4 te de détection, en un signal numérique renvoyé au circuit de lecture par un conducteur unique Un système de ce type est décrit dans une publication présentée à la Quatrième Conférence de l'Université de Virginie Ouest consacrée à l'Electrotechnologie des Mines de Charbon, le 4 aout 1978 Dans un tel système cependant, la lecture numérique directe de la teneur en gaz n'était pas possible. L'invention a pour but de pallier les inconvénients de l'art antérieur en créant un dispositif nouveau et perfectionné de test atmosphérique numérique par nature, dans lequel la conversion analogique-numérique du signal de la tête de détection est proportionnelle et synchronisée par un microprocesseur installé à distance. Les variations dues à tous les paramètres autres que la réponse chimique du détecteur (par exemple les paramètres du gaz), et le gain de l'amplificateur sont parfaitement compensés, car le détecteur de base et l'amplificateur font partie de la tête de détection Cette 2 2509859 caractéristique est particulièrement intéressante pour les systèmes dans lesquels on doit pouvoir remplacer des ensembles de détection préétalonnés sans avoir à prévoir de réglages sur le site ou de remaniements pour la clientèle Le système selon l'invention peut également s'adapter à une lecture numérique et/ou à un indicateur d'état, à l'inverse des systèmes de ce type selon l'art antérieur. Pour atteindre les buts ci- dessus, l'inventionconcerne une installation de contrôle atmosphérique, notamment de la teneur en méthane dans les mines de charbon, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de détection produisant un signal électrique indiquant une teneur en gaz particulière de l'atmosphère, un microprocesseur comprenant des moyens de production de preràièi'es impulsions électriques de largeur parfaitement constante, des moyens de production de secondes impulsions électriques dont la largeur varie en fonction de la teneur en gaz de l'atmosphère, des moyens de comparaison des largeurs de ces premières et secondes impulsions, des moyens de production de troisièmes impulsions dont les caractéristiques varient en fonction des largeurs relatives des premières et secondes impulsions, et des moyens d'indication actionnés par ces troisièmes impulsions. Dans la forme de réalisation de l'invention représentée ici, des impulsions de remise à zéro produites par un microprocesseur sont appliquées à un conducteur commun en même temps que le signal de sortie d'un convertisseur analogique-numérique fournissant des signaux numériques en série, dont l'un est de largeur parfaitement constante et dont l'autre présente une largeur proportionnelle à la teneur en gaz En même temps, suivant la teneur en gaz, des signaux d'état codés sont produits par le microprocesseur et appliqués de nouveau au même conducteur commun et à des diodes électrolumi- nescentes indiquant des conditions d'état telles, que l'état normal, l'état d'avertissement, l'état d'alarme, l'état de défaut de fonctionnement. L'invention est décrite ci-après en détail avec référence aux dessins cijoints dans lesquels: la figure 1 est un schéma de l'ensemble du dispositif selon l'invention, représentant la relation physique existant entre la tête de détecteur, 3 2509855 l'alimentation du microprocesseur et les dispositifs indicateurs selon l'invention; la figure 2 est une illustration schématique plus détaillée du dispositif selon l'invention;' la figure 3 représente des formes d'ondes illustrant le fonctionnement de ltinvention. Sur la figure 1, un détecteu de méthane et son circuit associé décrit ciaprès, sont contenus dans une enceinte 10 montée sur une machine d'exploitation de mine au voisinage immédiat du front de taille 12 en cours de forage Le détecteur 10 est relié par un câble commun à trois conducteurs 14, à un indicateur d'é 16 à diode électroluminescente, et à une boite 18 à l'épreuve des explosions, contenant un microprocesseur et autres circuits associés décrits ci-après Le conducteur 21 est relié à une source de puissance propre à la mine Un dispositif de lecture numérique 20 peut également être branché par l'intermédiaire ducâble, et utilisé en association avec l'indicateur d'état 16 ou à la place de celui- ci. En se référant à la figure 2 le circuit contenu à l'intérieur du détecteur 10 est entour par la ligne en traits pointillés identifiée par la même référence 10 Le détecteur lui-même est constitué par un circuit en pont comprenant deux branches contenant les élém de détection de gaz 22 et 24, et un diviseur de tension constitué par les résistances 26, 28 et 30. La résistance 28 est un potentiomètre dont le curseur est relié à une entrée d'une amplificateur opérationnel 32; l'autre entrée de l'amplific opérationnel étant reliée au point milieu compris entre les éléments de détection 22 et 24 Le potentiomètre 28 est un potentiomètre de réglage de zéro et se place, lorsque l'atmosphère ne contient ni méthane ni autre gaz(c'est à di en présence d'air frais), de telle façon que la tension aux bornes du conducteur 34 soit égale à la tension aux bornes du conducteur 36. Quand le pont se trouve 4 o déséquilibré pour répondre à une variation des conditions 4 2509859 atmosphériques, à surveiller, un signal de sortie apparait sur le fil 36 à la sortie de l'amplificateur 32 de telle manière que la différence des niveaux de tension apparaissant sur les fils 34 et 36 donne une indication analogique de la teneur de l'atmosphère en méthane ou autre gaz Ce signal est appliqué à un multiplexeur 38 piloté par une horloge 40 branchée à un oscillateur 42 Le signal de sortie du multiplexeur 38 est appliqué à un convertisseur analogique- numérique 44 donnant en sortie des impulsions en série 46 et 48 (forme d'onde A de la figure 3) L'impulsion 46 est de largeur constante mais la largeur des impulsions 48 peut varier suivant la teneur en gaz détectée par le détecteur en pont. Si l'atmosphère ne contient pas de méthane, la largeur des impulsions 46 et 48 est la m 4 me Au contraire, si la teneur de l'atmosphère en gaz étranger augmente, la largeur des impulsions 48 diminue comme indiqué sur les formes d'onde B et C de la figure 3. Ces impulsions sont appliquées par l'intermédiaire d'un circuit "ET" 50, d'un amplificateur à transistor 52 et d'une diode 54, au-conducteur de signal 14 A du câble à trois fils 14 également représenté sur la figure 1 Comme on pourra le remarquer, le câble à trois fils 14 contient le conducteur 14 A et deux conducteurs d'alimentation repérés par la masse et par B+sur la figure 2, ces conducteurs étant branchés à une alimentation contenue dans la botte 18 de la figure 1. La botte 18 contient également un microprocesseur principal 56 représenté sur la figure 2 et produisant des impulsions de remise à zéro 58 (figure 3) Ces impulsions de remise à zéro sont appliquées au conducteur de signal 14 A mais bloquée S par la diode 54 Ces impulsions sont cependant appliquées, par l'intermédiaire d'une résistance 59, à un amplificateur opérationnel 60 dont l'autre entrée est reliée à un diviseur de tension 62 En effet, l'amplificate opérationnel 60 compare la hauteur des impulsions du conducteur de signal 14 A à la tension de polarisation fournie par le divisi de tension 62. Si les impulsions du conducteur 14 A dépassent une hauteur prédéterminée, ces impulsions sont appliquées à l'horloge 40 pour la remettre à zéro Ainsi, 2509859 le conducteur de signal 14 A transporte les impulsions de remise à zéro 58 produites par le microprocesseur principal 56, ainsi que les impulsions 46 et 48 précédemment décrites. Ces dernières impulsions, cependant, ne passent pas par l'amplificateur 60 car leurs amplitudes sont trop faibles pour dépasser la tension de polarisation fournie par le diviseur de tension 62. Les impulsions 46 et 48 sont appliquées au microprocesseur 56 par l'intermédiaire des comparateurs à amplificateurs opérationnels 64 et 66 qui bloquent les impulsions de remise à zéro 58 Les largeurs des impulsions 46 et 48 sont comparées dans le microprocesseur 56 Si la largeur de l'impulsion 48 est inférieure à celle de l'impulsion 46 cela signifie que du méthane est présent dans l'atmosphère De plus, le microprocesseur 56 délivre des impulsions de lecture de largeur variable dépendant de la teneur en méthane Par exemple, lorsque la teneur en méthane atteint 1 %, le microprocesseur, par comparaison des largeurs des impulsions 46 et 48, fournit dés impulsions relativement longues 72 (forme d'onde B de la figure 3), entre impulsions de remise à zéro successives 58. Lorsque la teneur en méthane dépasse 2 % les conditions d'alarme sont remplies et une impulsion longue 74 est appliquée au conducteur de signal 14 A comme illustré par la forme d'onde C de la figure 3. De plus, lorsqu'on se trouve dans les conditions d'alarme, le microprocesseur 56 déclenche un relais de commande de machine 76 permettant de couper la machine de mine, Si la largeur des impulsions 48 dépasse celle de l'impulsion 46, on obtient une condition équivalente à un déséquilibrage négatif ou de bas d'échelle Si cette condition dépasse une limite prédéterminée, une condition de "défaut" de fonctionnement est indiquée par la production d'impulsions courtes 78 illustrées sur la forme d'onde D de la figure 3. Les impulsions produites par le microprocesseur 56 sont appliquées, par l'intermédiaire du conducteur de signal 14 A et de la diode 80, à un circuit contenu à l'intérieur de l'indicateur 16 de la figure 1 Ce circuit est entouré par une ligne en pointillés sur la figure 2, il est encore repéré'par la référence 16 et comprend un 6 2509859 transistor 82 dont la base est reliée à la diode 80, et qui pilote une diode électroluminescente 84. En fonctionnement normal correspondant à une teneur en méthane inférieure à 1 %,-les impulsions de remise à zéro 58 déclenchent périodiquement la diode 84 d'une manière caractéristique indiquant qu'on se trouve dans les conditions normales Ces impulsions de remises à zéro sont connectées à la masse à travers le condensateur 86 et ne parviennent pas aux transistors 88 et 90 de déclenchement d'une seconde diode électroluminescente 92. Au contraire, lorsque des impulsions plus longues, telles que 72 et 74, sont produites, ces impulsions passent par les transistors 88 et 90 pour déclencher la diode électrolumi- nescente 92 La forme d'onde B provoque le clignotement périodique des deux diodes 84 et 92 tandis que la forme d'onde C maintient les deux diodes allumées pendant des périodes de temps relativement longues L'état de coupure ou de défaut de fonctionnement est indiqué par un éclair unique toutes les cinq secondes, comme indiqué par la forme d'onde D de la figure 3. Le dispositif de lecture numérique 20 est entouré par une ligne en pointillés sur la figure 2, et repéré par la même référence Ce dispositif 20 comprend un second microprocesseur 94 identique au micropro- cesseur 56 et comprenant des amplificateurs opérationnels, non représentés, semblables aux amplificateurs opérationnels 64 et 66 fournissant les impulsions 46 et 48 au microprocesseur mais bloquant les impulsions de remise à zéro 58 Le micro- processeur 94, cependant, n'applique pas les impulsions de remise à zéro du conducteur 14 A Ce microprocesseur 94 est à son tour relié, par ltintermédiaire d'un circuit de pilote 96, à un dispositif d'affichage numérique 98 constitué par exemple par un affichage à diodes électroluminescentes ou par un affichage à cristaux liquides. L'invention permet ainsi d'obtenir une installation de contr 8 le atmosphérique à l'épreuve des pannes, éliminant la complexité de cablâge des détecteurs classi- ques, dont les paramètres affectent directement l'étalonnage L'installation numérique selon l'invention, branché à un bus de distribution classique, est à l'épreuve des 7 250985 défauts de fonctionnement pour tout type de combinaisons de courtscircuits, de circuits ouverts ou de branchement s intermittents De plus, l'installation peut fonctionner avec des dispositifs de détecteurs préétalonnés, Pour un fonctionnement dans une mine de charbon, il est particulier intéressant d'installer l'équipement en mode marche-arrêt pour éviter à l'opérateur d'avoir à effectuer un étalonnage sur le site avec les possibilités d'erreurs qui peuvent en découler. 8 2509859 REVENDICATIONS 1 Installation de contrôle atmosphérique, notamment de la teneur en méthane dans les mines de charbon, caractérisée en ce qu'elle comprend des moyens de détection ( 10) produisant un signal électrique ( 14) indiquant une teneur en gaz particulière de l'atmosphère, un microprocesseur ( 18):comprenant des moyens de production de premières impulsions électriques de largeur parfaitement consta des moyens de production de secondes impulsions électriques dont la largeur varie en fonction de la teneur en gaz de l'atmosphère, des moyens de comparaison des largeurs de ces premières et secondes impulsions, des moyens de production de troisièmes impulsions dont les caractéristiques varient en fonction des largeurs relatives des premières et secondes impulsions, et des moyens d'indication actionnés par ces troisièmes impulsions. 2 Installation selon la revendication 1, caractérisée en ce que les moyens de comparais des largeurs des premières et secondes impulsions et les moyens de production des troisièmes impulsions, sont constituée par un microprocesseur. 3 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisée en ce que le microprocesseur, les moyens d'indication et les moyens de production des premières et secondes impulsions électriques sont branchés à un conducteur commun sur lequel apparaissent toutes les impulsions. 4 Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisée en ce que la caractéristique variable des troisièmes impulsions est la largeur de celles-ci. Installation selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisée en ce que les moyens d'indication sont constitués par des moyens à diodes électroluminescentes. 6 Installation selon l'une quelconque des revendications-1 à 5, caractérisée en ce que les moyens de comparaison des largeurs des premières et secondes impulsions sont constitués par un microprocesseur et comprennent des moyens de lecture numérique reliés à 9 2509859 ce microprocesseur pour indiquer la différence de largeur entre ces premières et secondes impulsions.