Brevet FR2526218A1 — publié le 19831104

L'iuvention concerne un commutateur à fibres optiques commandés magnétiquement. Selon la présente invention, il est prévu un commutateur fibres optiques, composé d'une enceinte scellée contenant un diaphragme de matériau ferromagnétique dont la position peut varier en réponse à un champ magnétique dont les caractéristiques dépendent d'un paramètre à surveiller et une ou plusieurs fibres optiques, une ou chacune desdites fibres ayant son extrémité alignée avec une face du diaphragme à laquelle elle est adjacente, le montage étant tel que la lumière provenant de l'extrémité de la ou de l'une desdites fibres est réfléchie dans cette fibre ou dans lesdites fibres et que la quantité de lumière ainsi renvoyée dépend de la position du diaphragme. Les modes de réalisation de l'invention vont maintenant être exposés de façon plus détaillée dans la description qui va suivre, donnée à titre d'exemple non limitatif, en se reportant aux figures annexées qui représentent la figure 4 est une représentation schématique d'un premier interrupteur mettant en oeuvre l'invention. la figure 2,est une représentation schématique d'un deuxième interrupteur mettant en oeuvre l'invention. les figures 3 a à 3 e, différents montages opératoires magnétiques utilisables dans des interrupteurs mettant en oeuvre l'invention. la figure 4,illuitre schématiquement la façon dont un interrupteur conforme à l'invention peut être utilisé comme capteur pour un débitmètre. Les montages qui sont décrits dans ce qui suit sont basés sur l'emploi en tant que partie magnétique d'un commutateur d'une capsule de relais à diaphragme; des relais utilisant ces capsules ont été décrits dans, entre autres, les demandes de brevets anglais n' 1094334 et 1219556 (Inventeur H S Woodhead) Ces relais sont réalisés à la fois avec des capsules à contact de fermeture et avec des capsules à contact inverseur; dans les dispositifs représentés par les figures 1 et 2, les capsules sont du type à inverseur. La figure 1 représente une capsule à inverseur dont le diaphragme 1 est normalement en appui sur le contact de coupure -2 2526218 2 Ce contact fait en matériau électriquement conducteur et magnétiquement doux est scellé dans un disque de verre 3 qui est lui-même scellé à l'un des deux anneaux ferro-magnétique 4 et 5 Le contact de fermeture 6 est scellé dans un autre anneau de verre 7 qui est lui-même scellé dans l'anneau 5 Le diaphragme 1 est une plaque plate d'un matériau électriquement conducteur de l'électricité et magnétiquement doux présentant des fentes régulières dont chacune commence près du bord de la plaque afin de définir une région centrale essentiellement circulaire Les fentes et les doigts adjacents définis par les fentes forment des supports élastiques pour la région circulaire centrale qui est donc mobile dans une direction normale au plan du diaphragme sous l'influence d'un champ magnétique. Ce dispositif contient également, monté centralement et scellé au contact de coupure un manchon pour fibre optique 8 dans lequel l'extrémité de la fibre optique 9 qui est une fibre unique, est scellée dans un rubis 10 placé à une position adjacente i la face supérieure du diaphragme 1 Cette face supérieure est traitée pour être fortement réfléchissante. En fonctionnement, la lumière est fournie au commutateur par les composants émetteurs-récepteurs opto-électroniques distants. Lorsque le diaphragme 1 est en contact avec le contact de coupure 2, comme il apparait i la figure 1, une quantité maximale de lumière est renvoyée dans a fibre Si, du fait de l'action d'un champ magnétique, le diaphragme est déplacé et entre en contact avec le contact de fermeture 6 qui, dans ce cas, agit comme une butée, la quantité de lumière renvoyée dans la fibre 9 est fortement diminuée et cette réduction permet de déterminer l'état du commutateur. Le dispositif opto-électronique surveillant l'état du commutateur peut se trouver à distance, comme à la figure 1, et elle est composé de moyens qui sont une source lumineuse, pouvant être modulée, d'un coupleur en Y, d'un récepteur et d'un circuit de commande Différents autres montages avec une seule fibre optique sont également possibles, par exemple la fibre optique peut être logée dans le contact de fermeture aussi bien que dans le contact de coupure ou à la place de ce contact De plus, des lentilles et/ou des fibres peuvent être utilisées à l'extrémité de la fibre. -3 2526218 celui de la figure 1 sauf que le manchon 20 contient deux fibres 21 et 22 maintenues c 8 te à côte dans le manchon, les extrémités des fibres étant proches de la face du diaphragme Une fibre, dans ce cas la fibre 21 transmet la lumière provenant du composant à distance 11, tandis que l'autre fibre, dans ce cas 22, recueille la lumière réfléchie par le diaphragme et la renvoie au composant 11 Dans cet interrupteur, et contrairement à celui de la figure 1, lorsque le diaphra 1 est en contact avec le contact de coupure 2, donc proche des extrémités des fibres, seule une petite quantité de lumière est renvoyée de la fibre émettrice 21 à la fibre réceptrice 22 Si le diaphragme se déplace pour entrer en contact avec le contact de fermeture 6, la quantité de lumière renvoyée par le diaphragme dans la fibre réceptrice 22 est plus grande Par conséquent, la situation du commutateur peut être aisément surveillée par le composant 11. Comme dans le cas de la figure 1, les fibres peuvent être montées dans le contact de fermeture ou dans la plaque support dans le cas d'une capsule à contact de coupure D'autres lentilles et/ou filtres peuvent être utilisés et les fibres peuvent être placées de façon à ne pas être parallèles. Dans les deux types de commutateurs, il est possible d'utiliser un ou plusieurs faisceaux de fibres optiques; et, dans ci cas, une ou plusieurs fibres peuvent être utilisées pour transmettre la lumière vers le commutateur et une ou plusieurs fibres servir à recueillir la lumière qui en provient. Le champ magnétique utilisé pour actionner le diaphragme peut être fourni de différentes façons, l'une d'entre elles consistant à utiliser la bobine employée quand la capsule fait partie d'un relais à diaphragme Dans ce cas, un manchon ferro-magnétique est placé sur l'extrémité extérieure du contact de coupure 2 avec des moyens permettant de fermer le circuit magnétique en dehors de la bobine et sur le corps du commutateur 20 des figures 1 ou 2 La forme et la force du champ magnétique peuvent également provenir d'un autre montage de bobine autour du commutateur ou à proximité de celui-ci Le corps di commutateur peut également être modifié de différentes façons pour optimiser le circuit magnétique. -4 2526218 Le champ magnétique peut également provenir d'un ou de. plusieurs aimants permanents montés de façon appropriée et différentes formes magnétiques et formes du corps du commutateur peuvent être envisagées pour optimiser le circuit magnétique - Différentes possibilités sont illustrées à la figure 3. La figure 3 a présente un aimant qui est un disque ou une plaque avec un pôle central (N) et des pôles périphériques (S) dont la position par rapport au centre de l'interrupteur détermine l'état- opératoire du diaphragme. La figure 3 b présente un aimant de type barreau plutôt annulaire par rapport à la structure de l'aimant de la figure 3 a, des extensions des pièces polaires étant adjointes comme représenté sur le commutateur, l'une sur son contact de fermeture central et l'autre à sa périphérie. La figure 3 c comporte un pôle magnétique disposée au côté d'une extension de la pièce de contact portant la terminaison de la fibre optique alors que la figure 3 d est semblable mais avec l'extrémité de la pièce polaire courbée vers la partie contact de coupure Fonctionnellement, la figure 3 e est semblable à la figure 3 d, mais avec un aimant de forme courbe. On peut voir que les montages décrits ci-dessus constituent un détecteur de proximité à activation magnétique et détection optique La détection optique est assurée par des éléments dont les fenêtres optiques peuvent être scellées hermétiquement dans le corps du commutateur, supprimant ainsi les difficultés d'alignement et de dégradation de ces fenêtres Ce dispositif présente un large domaine de fonctionnement et peut être utilisé dans des atmosphères dangereuses. La structure de l'aimant peut contenir une roue pivotante 30, voir figure 4 o le dispositif est utilisé dans un débimètre 32, faisant tourner l'aimant 30, de façon que ses pôles alternés coopèrent successivement avec le commutateur 33 La sortie lumineuse de l'interrupteur est donc modulée d'une façon correspondant au débit du fluide et est surveillée à distance par le circuit 34. Des commutateurs correspondant à ceux décrits ci-dessus peuvent aussi être utilisés dans des détecteurs de proximité qui sont utilisés pour la sécurité, la protection et dans d'autres cas Par exemple, un aimant permanent peut être fixé à une pièce mobile comme une fenêtre, porte (par exemple trappe de chariot), un accès, etc et le commutateur surveille alors l'état, ouvert ou fermé, de l'élément mobile. Le champ magnétique peut également être fourni par exemple par le courant appliqué à une machine ou circulant dans celle-ci et le commutateur sert à surveiller la machine. En revenant maintenant au montage de la fibure 2 ou le commutateur contient deux fibres optiques parallèles, lorsque deux fibres sont utilisées, il est possible qu'elles fassent un angle entre elles puisqu'il est apparu que cette disposition améliore le couplage optique entre les fibres lorsque le commutateur est dans la posil o il fournit le plus grand couplage entre celles-ci. Il est bien évident que les descriptions qui précèdent n'ont été fournies qu'à titre d'exemple non limitatif et que de nombreuses variantes peuvent être envisagées sans sortir pour autant du cadre de l'invention. -6- REVENDICATIONS 1 Commutateur à fibres optiques caractérisé en ce au'il est composé d'un boîtier scellé contenant un diaphragme en matériau ferro-magnétique dont la position se modifie en réponse à un champ magnétique dont les caractéristiques dépendent d'un paramètre à surveiller et une ou plusieurs fibres optiques, la ou chacune desdites fibres ayant une extrémité adjacente à une face du diaphragme, le montage étant tel que la lumière provenant de l'extrémité de ladite fibre ou desdites fibres est renvoyée dans cette fibre ou dans ces fibres la quantité de lumière ainsi renvoyée dépendant de la position du diaphragme. 2 Commutateur à fibres optiques selon la revendication 1 et caractérisé en ce que le diaphragme a la forme d'un disque dont le bord est pris entre deux anneaux dont chacun fait partie intégrante d'une enceinte ou est scellé à cette enceinte essentiellement parallèle au plan du diaphragme, le diaphragme étant pourvu de fentes définissant uneportion centrale ressemblant à un disque mobile dans une direction sensiblement normale au plan du diaphragme, la fibre ou les fibres optiques étant scellée(s) dans une pièce de fermeture de sorte que la fibre ou les fibres aient leurs extrémités adjacentes à la face du diaphragme. 3 Commutateur à fibres optiques conforme à l'une des revendications t et 2, dans lequel la fibre optique est une seule fibre terminée dans un manchon qui est scellé dans une pièce ferro-magnétique qui est une partie de la ou lesdites pièces de fermetures. 4 Commutateur à fibres optiques conforme à l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé par le fait que deux fibres optiques adjacentes sont terminées dans un manchon o leurs extrémités sont adjacentes, le manchon étant scellé dans une pièce ferro-magnétique faisant partie d'une desdites fermetures. Commutateur à fibres optiques conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2, 3 ou 4 et dans lequel une ou plusieurs fibres optiques sont terminées dans une certaine relation opérationnelle avec chaque face du diaphragme. 6 Commutateur à fibres optiques conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le -7- fait que le champ magnétique nécessaire pour déplacer le diaphragme provient d'une bobine bobinée sur un circuit magnétique associé au commutateur. 7 Conaautateur à fibres optiques conforme à l'une quelconque des revendications 1, 2, 3, 4 ou 5, caractérisé par le fait que le champ magnétique nécessaire pour déplacer le diaphragme provient d'un ou de plusieurs aimants permanents dont les mouvements provoquent les déplacements dudit diaphragme. 8 Commutateur à fibres optiques conforme à la revendication 7, caractérisé par le fait qu'un ou plusieurs aimants permanents sont constitués par un disque tournant tel que sa périphérie présente un certain nombre de pôles magnétiques Nord et Sud alternés. 9 Commutateur à fibres optiques pour surveiller le débit d'un fluide dans une canalisation, caractérisé par le fait qu'il contient un commutateur conforme à la revendication 8, dont le disque tournant est actionné_Rar le fluide circulant dans la canalisation, la vitesse de rotation dudit disque dépendant du débit du fluide.