Brevet FR2532432A1 — publié le 19840302

L'invention eoneerne un dispositi! de mesure de la vitesse de rotation d'un organe rotatif, par exemple du rotor d'ut débitmètre pour- fluides gazeux à faible débit de démarrage. Un débitmètre de ce type comporte un carter de section circulaire dans lequel est monté ledit rotor muni d'aubages radiaux et dans lequel le fluide gazeux pénètre puis est évacué par des ajutages alignés disposés tangentiellement audit carter. L'un des couples résistants les plus importants et les plus gênants que lton rencontre lors de la mesure de la vitesse de rotation de certains appareils rotatifs tels que les débits-mètres et compteurs à faible débit de démarrage pour fluides gazeux est du aux moyens de détection de cette vitesse. Dans les appareils actuellement connus, ces moyens peuvent être soit mécaniques, soit électro-mécaniques. Un moyen mécanique connu consiste en une vis sans fin entraînée par 11 appareil et actionnant directement un totaliseur à décades qui se trouve alors-être soumis à la pression du fluide et à sacorrosivité éventuelle. La transmission au totalisateur peut également etre effectuée indirectement à travers un presse-étoupe, mais ce dernier donne un couple résistant d'autant plus important que la pression de fonctionnement est élevée, ceci pour satisfaire aux impératifs d'étanchéité. La détection de la vitesse de rotation est effectuée le plus souvent électro-magnétiquement, c'est-à-dire au moyen d'un aimant entraîné par l'organe rotatif à contrôler, cet aimant donnant à chaque tour une impulsion variable en amplitude et en fré- quence au rythme de la vitesse de rotation. Ce système nécessite une puissance d'entraînement prise au détriment du couple moteur et les pertes par courants de Foucault ou par hystérésis ne sont pas négligeables. De plus, au repos, l'aimant vient s'aligner avec les pièces magnétiques de transmission de son flux, ce qui nécessite un effort d'arrachement au démarrage. Enfin, les signaux délivrés par ces systèmes sont faibles aux bas débits et risquent d'être perturbés par les courants induits de certaines installations industrielles. la présente invention a pour but d'éviter les inconvénients susmentionnés et propose, à cet effet, un dispositif de mesure de la vitesse de rotation d'un organe rotatif qui comporte une première fibre optique dans laquelle se propagent des rayons lumineux incidents, une seconde fibre optique destinée à recevoir les rayons lumineux précités et des moyens de transmission solidaires dudit organe rotatif pour assurer le passage des rayons lumineux issus de la première fibre optique vers la seconde. L'utilisation de moyens optiques supprime totalement le couple résistant introduit par les systèmes de détection mécaniques et électro-magnétiques ainsi que le risque de parasitage inhérent aux signaux par induction électro-magnétique. Selon une autre caractéristique de l'invention, les deux fibres optiques sont alignées et les moyens de transmission précités sont constitués par un orifice pratiqué dans l'organe ro tatif. ledit orifice se presentant prériodiquement en alignement avec lesdites fibres la seconde fibre optique reçoit donc la lumière de la première fibre chaque fois que l'orifice se trouve dans l'alignement commas aux deux fibres. Toujours selon l'invention, les deux fibres sont alignées selon une droite intersectant l'axe géométrique de rotation de 11 organe rotatif et l'orifice précité se présente, pour chaque rotation de 1800, en alignement avec lesdites droites. La seconde fibre reçoit donc la lumière deux fois par tour complet de l'organe rotatif. D'autres earactéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. tans les dessins annexés donnés uniquement à titre d'exemple : - la figure 1 représente de façon schématique un dispositif selon un premier mode de réalisation de l'invention - la figure 2 représente les courbes des intensités lumineuses reçues par la seconde fibre en fonction de la position angulaire de 11 organe rotatif - la figure représente les tensions-électriques mesurées aux bornes d'un convertisseur lumière-tension en fonction -de la position angulaire de l'organe rotatif - la figure 4 représente, de faç.on schématique, un second mode de réalisation de l'invention - la figure 5 représente, de façon schématique, un troisième mode de réalisation de l'invention - la figure S représente, de façon schématique, un organe de coupure du dispositif, agissant sur l'alimentation de la source de rayons lumineux - la figure 7 représente, de façon schématique, un organe de coupure du dispositif, agissant par obturation des rayons lumineux - la figure 8 représente une variante de réalisation du système de la figure 7. En se référant à~la figure 1, l'organe rotatif 1, par exemple l'arbre. supportant le rotor d'un compteur. de débit de gaz dont l'axe géométrique de rotation est figuré en 0 et pouvant tourner dans un sens ou dans l'autre, est traversé, selon llun de un diamètre , par un orifice 5, de sorte que cet orifice se présente deux fois par tour dans la même position.Deux fibres optiques 3 et 4 identiques et alignées selon une droite D passant-parl'axe 0, sont disposées de part et d'autre de l'organe-rotatif, symétrique- ment par rapport audit axe 0. Une source de rayons lumineux, représentée schématiquement en 2, est située à l'extrémité de gauche de la fibre 3 de sorte que les rayons r1 qu'elle émet se propagent par réflexions successives à l'intérieur de cette fibre, traversent orifice 5 chaque fois que celui-ci-se trouve lui-même, au cours de la rotation, en alignement avec la droite D, puis se propagent, toujours par réflexions successives, dans la fibre 4 pour sortir à son extrémité de droite (le sens de propagation des rayons lumineux dans les deux fibres est simplement indiqué par les flèches r). Un convertisseur lumière-tension 6 disposé -à l'extrémité de; la fibre 4 reçoit les rayons lumineux r1 et délivre des signaux électriques qui sont reçus par une calculatrice 7, laquelle traite lesdits signaux pour fournir une indication sur la vitesse de l'organe 1. zour préciser les conditions dans lesquelles la lumière émise par la fibre 3 est reçue, au travers de l'orifice 5, par la fibre 4, on a représenté à la figure 1 ltangleCC de sommet O qui soutend les extrémités des fibres 3 et o et par 6 11 angle supplémentaire de d . La forme du signal-reçu par la fibre 4 est fonction de 1'angle et il est évident que plus cet angle est faible, plus ce signal présente un front raide. Dans la pratique, l'angle ntest pas négligeable devant n de sorte que le signal présente lui memeune pente non négligeable. Ceci est illustré à la figure 2 qui représente le diagramme des intensités lumineuses (en ordonnées) en fonction de la pasition angulaire de l'organe rotatif (en abscisses). L'intensité lumineuse émise par la fibre 3 qui est continue est représentée par la droite A parallèle à l'axe des abscisses, tandis que l'intensité lumineuse reçue par la fibre 4 est représentée par la courbe B. Cette courbe B présente une série de protubérances en forme de cloche b1, b2, etc... dont la largeur le long de l'axe des abscisses correspond au parcours angulaire complet de l'orifice 5 devant le front de la fibre 4, c'est-à-dire à 2 . On a désigné par ' la distance angulaire entre la fin d'une protubérance et le début de la protu bérance suivante, avec - = P- i. On a figuré sur le diagramme de la figure 2, 1' affai- blissement de la densité lumineuse entre l'émission et la réception, c'est-à-dire la distance C entre la droite A et les sommets des protubérances de la courbe B, cet affaiblissement étant fonction de la qualité de transmission des fibres optiques, de leur ouverture numérique, de leur écartement mutuel et de la finition de l'orifice . On a représenté à la figure 3, la valeur en volts (en ordonnées) des signaux de tension D1, D2, etc..., en fonction de la position angulaire de l'organe. rotatif (en abscisses) tels que les délivre le convertisseur 6 à la calculatrice 7. Cette dernière est prévue pour que son circuit de comptage soit déclenché par un seuil d'intensité lumineux S ajustable en fonction de l'affaiblissement total constaté entre 1-' émission et la réception. La largeur > du signal électrique est de ce fait indépendante des variations de forme du signal lumineux. On obtient donc ainsi un calibrage parfait du signal électrique. A la figure 4, dans laquelle les mêmes chiffres de réSé- rence désignent les mêmes éléments que dans la figure 1, on a représenté un second mode de rei'isaticn de l'invention dans lequel les fibres optiques 3 et 4 ainsi que l'orifice 8 qui traverse le corps rotatif 1 sont alignés, non plus selon la droite D passant par l'axe 0, mais selon une droite D' déealée par rapport à ltaxe de rotation 0 d'une distance d. On voit que dans ce cas, l'orifice 5 se présente en alignement avec les deux fibres 3 et 4 une seule fois par tour, c'est-à-dire pour chaque rotation de 3600. Dans le mode de réalisation représenté à la figure 5, dans laquelle les mêmes chiffres de référence désignent toujours les mêmes éléments que dans la figure 1, les deux fibres optiques 3 et 4 ne sont plus alignées selon une même droite mais sont décalées l'une par rapport à l'autre d'un angle # et les moyens de tran mission sont constitués non plus par un orifice mais par un miroir 9 qui réfléchit les rayons issus de la fibre 3 en direction de la fibre 4. Comme dans le cas précédent, la fibre 4 reçoit les rayons lumineux de la fibre 3 à chaque tour complet de l'organe rotatif. On a représenté à la figure -6, un dispositif permettant, dans le cas d'un organe rotatif entraîné par l'écoulement d'un fluide, par exemple le rotor d'un compteur de débit de gaz, d'empêcher ledit organe de compter, par eonséquent de pénaliser, dans le cas précité, le consommateur d'une quantité de gaz qu'il n'a pas effectivement consommée, le compteur pouvant, en l'absence de débit continuer à tourner sur son couple d'inertie. l'organe rotatif ou compteur, indiqué en 109 comporte deux ajutages l'un d'entrée lova, l'autre de sortie 10b du gaz.Un pressostat 13 comporte deux micromanomètres 13a et 13b placés respectivement dans les ajutages 10a et 10b. Un circuit électrique 14, alimenté par une source 15s est muni d'un détecteur optoéleetronique 16 et d'un interrupteur 17 actionné par le pressostat 13.Le détecteur optoélectronique 16 remet, grâce à une source (non représentée) analogue à la source 2, des rayons lumineux qui sont reçus par labre 3 et reçoit les rayons lumineux issus de la fibre 4, il alimente, en outre, un système de décomptage calculatrice (1s).îorsque l'écoulement du fluide cesse, la différence de pression p entre l'entrée et la sortie de 11 organe 10 s'annule et le pressostat déclenche l'interrupteur 17 qui ouvre le circuit électrique 14 et interrompt l'alimentation de la source lumineuseS donc le décomptage du débit. La figure 7 représente un organe coupant le signal par obturation de la continuité optique entre les deux fibres, et destiné à être associé, comme celui de la figure 6, à un compteur à faible débit (non représenté) et inséré dans le circuit d'adduction de fluide d9un tel compteur. Cet organe, désigné d'une façon générale par 20, comporte deux pièces cylindriques 21 et 22 munies d'alésages axiaux 21a, 21b et 22 respectivement et d'une pièce a intermédiaire, égalment cylindrique 23 munie de canaux 25, l'en- semble de ces trois pièces étant maintenu par un système à écrqus 24.A l'intérieur de l'alésage 21 est monté, coulissant, un piston a 26 muni de trous 27 et soumis à lBaction d'un ressort de rappel taré 28 en appui sur la pièce 23, ce piston commandant la communication entre les alésages 21a et 21b, c'est-à-dire le passage du fluide qui s'écoule selon les flèches P les deux fibres optiques 3 et 4, reliées comme dans le cas de la figure 1 à un convertisseur et une calculatrice (non représentés),sont associées au piston 26 qui est muni, à cet effet, d'une fente 29 permettant le libre jeu du piston 26 et d'un orifice 30 qui, selon qu'il est ou non en alignement avec les deux fibres, permet ou non le passage des rayons lumineux. En l'absence de débit de fluide, le piston 26, occupant la position représentée, masque le signal optique émis par la: fibre 3. La fibre 4 ne voit pas la lumière et ne transmet donc aucun signal au convertisseur lumière-tension même s'il y a rotation du rotor. S'il y a débit fluide, il s'établit entre les deux faces du piston une différence de pression qui tend à le pousser vers la droite. La positiond'équilibre du piston s'établit d'une part par le rappel du ressort 28, d'autre part par la disposition des trous 27 qui permettent le passage du fluide. Le déplacement du piston supprime le masque de transmission de lumière qui peut alors atteindre le convertisseur lumière-tension et transmettre l'information à la calculatrice. La position des canaux, leur nombre, leur diamètre et le rappel du ressort ainsi que le dia mètre utile du piston permettent d'adapter la sensibilité de i' or- gane, c' est-à-dire le déplacement du piston pour un tp de fonc tionnement déterminé. La figure 8 représente également un organe coupant le signal par continuité optique entre les deux fibres, également destiné à être associé à un compteur à faible débit et inséré dans le circuit d'adduction d'un tel compteur. Cet organe, désigné par 40, comporte un clapet ou linguet 41 inséré dans un conduit 42 communiquant avec l'ajutage d'entrée du compteur et monté bascu lant sur un axe 43. le fluide circule dans le conduit selon les flèches ?t. Un coulisseau 44 muni d'un orifice 45, est soumis d'une part à l'action d'un ressort de rappel taré 46 et d'autre part à l'action du clapet 41 par l'intermédiaire du bras 41a de ce dernier en appui sour son extrémité 44a La course du coulisseau 44 est telle que orifice 45 peut soit interrompre, soit permettre le passage des rayons lumineux entre les deux fibres optiques (seule la fibre 3 est visible sur le dessin). Pour permettre le libre jeu du clapet, celui-ci doit avoir, ainsi que le conduit dans lequel il est monté, une section rectangulaire. En l'absence de débit de fluide, le clapet 41 occupe la position représentée en traits pleins et obture entièrement le passage 42. Il est maintenu dans cette position par le ressort 46 par l'intermédiaire du coulisseau 44 qui interrompt la communi cation entre les fibres optiques. S'il existe un débit fluide même léger, il naît un écart de pression entre la face amont et la face aval du clapet 41. Ce dernier tourne autour de son axe 43 et occupe-une position d'équilibre représentée en pointillés en A et déterminée par sa surface totale et la tension du ressort 46. le clapet 41 entraîne le coulisseåu vers la gauche et l'orifice 45 laisse communiquer les fibres optiques dès qu'il s'est légèrement déplacé. Pour les forts débits, le clapet 41 tend vers la position indiquée en pointillés en B. Un tel dispositif, bien réglé par le choix du ressort 46, est très sensible et permet de contrôler de très faibles débits. On voit que le dispositif selon l'invention est particulièrement bien adapté à la mesure de la vitesse de rotation de débit-mètres et compteurs de gaz à faible débit de démarrage, ceci du fait, comme il a été indiqué plus haut, de l'absence de couple résistant et de risque de parasitage électrique. Cette absence de couple résistant permet une reproductivité des performances pour deux compteurs techniquement identiques. Il convient de noter enfin que la source lumineuse 2 peut être une source de lumière froide offrant ainsi une sécurité intrinsèque totale. Bien entendu, l'invention ntest nullement limitée aux modes de réalisation décrits et représentés. REVENDICATIONS 1. - Dispositif de mesure de la vitesse de rotation d'un organe rotatif (13, par exemple du rotor d'un débit-mètre pour fluide gazeux, caractérisé en ce qu'il comporte une première fibre optique (3) dans laquelle se propagent des rayons lumineux incidents (r1) émis par une source (2), une seconde fibre optique (4) destinée à recevoir les rayons lumineux (r1) précités et des moyens de transmission solidaires dudit organe rotatif (1) pour assurer le passage des rayons lumineux issus de la première fibre optique (3) vers la seconde (4). 2. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres optiques (3, 4) sont alignées et en ce que les moyens de transmission précités sont constitués par un orifice (5, 8) pratiqué dans l'organe rotatif (7), ledit orifice (52 8) se présentant périodiquement en alignement avec lesdites fibres. 3. - Dispositif selon la revendication 2, caractérisé en ce que les fibres (3, 4) sont alignées selon une droite (D) intersectant l'axe de rotation (o) de l'organe rotatif (1) et en ce que l'orifice précité (5) se présente, pour chaque rotation de 1800, en alignement avec ladite droite. 4. - Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que les fibres optiques (3, 4) sont alignées- selon une droite (D') décalée par rapport à l'axe de rotation (o) de l'organe ro statif (1) et en ce que l'orifice précité (8), se présente, pour chaque rotation de 3600, en alignement avec ladite droite. 5. -- Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les fibres optiques (3, 4) sont décalées angulairement l'une par rapport à l'autre et en ce que les moyens de transmission précités sont constitués par un miroir (9) qui réfléchit les rayons lumineux issus de la première fibre (3) vers la seconde (4). 6. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé ence qu'il comporte un convertisseur lumière-tension (6) recevant les rayons lumineux issus de la seconde fibre (4) et une calculotrice (7) recevant les signaux électriques délivrés par ledit convertisseur et qui traite lesdits signaux pour fournir une indication sur la vitesse de rotation dudit organe rotatif. 7. - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que, dans le cas d'un organe rotatif (10) entraîné par l'écou- lement d'un fluide, il comporte un pressostat (13) sensible à la différence #p entre les pressions du fluide à l'entrée et à la sortie dudit organe rotatif et un circuit électrique (14) muni d'un détecteur optoélectronique (16) recevant la lumière issue de la seconde fibre (4) et délivrant un signal lumineux à la première fibre (3) ainsi qu'un signal électrique à une calcula- trice (18), le pressostat ouvrant ledit circuit (14) lorsque devient nul par suite de la cessation de l'écoulement du fluide. e. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce outil comporte un piston coulissant (26) muni de trous (27) pour le passage du fluide et soumis à la pression dudit fluide ainsi qu'à l'action d'un ressort de rappel taré (28), ledit piston étant muni en outre d'un orifice (30) pour permettre ou non ,selon sa position, le passage des rayons lumineux entre les fibres optiques (3, 4). 9. - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce qu'il comporte un clapet basculant (41) soumis à la pression du fluide et à l'action d'un ressort de rappel (46) et un coulis seau (44) muni d1un orifice (45) et entraîné par le clapet, pour permettre ou non, selon sa position, le passage das rayons lumi neux entre les fibres optiques.