Brevet FR2537730A1 — publié le 19840615

La présente invention a pour objet un détecteur de présence fluidique et électrique et en particulier un détecteur du type comportant un corps, dans lequel est placée une chambre présentant une ouverture d'entrée pour l'alimentation d'un fluide sous pression dans la chambre et un orifice de pression pour l'émission d'un jet de fluide hors de la chambre, la pression à l'intérieur de la chambre étant fonction de la présence et de l'absence d'un objet situé près de l'orifice et ceci au moyen de transducteurs de pression en communication avec ladite chambre. On a déjà réalisé des détecteurs du type mentionné ci-dessus, également connus comme détecteurs à "contrepression", dont les moyens de transduction comportent un transducteur pitzo-électrique (quartz). Un tel transducteur se révèle, à vrai dire, plutôt coûteux et présente d'autres inconvénients : la dynamique de sortie du signal électrique fourni lors du fonctionnement d'un dispositif piézo-électrique à quartz est plutôt modeste. De tels signaux, si on veut les utiliser ultérieurement, doivent donc être fortement amplifiés par la suite. On a proposé en outre des détecteurs de présence fluidiques et électriques, pour lesquels les dispositifs transducteurs de pression comprennent un système pneumatique destiné à commander des dispositifs à commutation électrique. On a proposé en outre des détecteurs pour lesquels le relevé de la variation de pression du fluide dans la chambre mentionnée ci-dessus, se fait par l'intermédiaire d'un système logique pneumatique d'élaboration. Qu'il s'agisse de détecteurs dans lesquels la mesure de pression dans la chambre est effectuée par l'intermédiaire d'une commande- pneumatique des dis positifs de commutation électrique ou de détecteurs relevant de telles pressions par un système pneumatique d'élaboration, ils présentent l'inconvénient d'être, en général, intrinsèquement liés aux systèmes pneumatiques :-ces systèmes présentent des temps de réponse prolongés et par suite une faible rapidité de commutation et ainsi une rapidité de réponse inconstante, parce qu'elle est fonction des fluctuations de pression du fluide. Ils présentent également un encombrement et un coût éle-;és. La présente invention a pour but de réaliser un détecteur fluidique et électrique de présence, du type défini ci-dessus. Il doit être de fabrication simple et économique et permettre de transformer les variations de pression dans la chambre mentionnée cidessus, en un signal électrique de courant alternatif, facile à amplifier par la suite. Il doit être dépourvu des inconvénients présentés par les détecteurs réalisés selon la technique antérieure. Suivant l'invention, ce but se trouve réalisé par l'intermédiaire d'un détecteur du type spécifid plus haut, dont la caractéristique principale réside dans le fait que les moyens de transduction mentionnés comportent un microphone. De préférence, ce microphone est du type à condensateur. Les microphones s'avèrent beaucoup plus dco- nomiques que les transducteurs piézoélectriques à quartz. En outre, ils donnent à la sortie des signaux électriques ayant une bonne dynamique de sortie et qui ne nécessitent pas, par conséquent, une amplification excessive. En outre, en prenant un microphone comme transducteur, la rapidité de réponse du détecteur est du même ordre de grandeur que celle des détecteurs pourvus de transducteurs piézoélectriques, avec une rapidité de réponse bien meilleure que celle des détecteurs de type uniquement pneumatique. D'autres caractéristiques et avantages du détecteur conforme à l'invention apparaitront d'après la description détaillée qui suit, réalisée en se référant aux schémas annexés, uniquement présentés à titre d'exemple non limitatif, dans lesquels - la. figure 1 est une vue en perspective d'un détecteur selon l'invention - la figure 2 est une vue c détecteur de lafigure 1, avec coupe en élévation suivant l'axe II-II de la figure i, et - la figure 3 est un diagramme présentant l'évolution dans le temps de certaines grandeurs physiques, en cours de fonctionnement du détecteur. En se référant aux figures 1 et 2, un détecteur fluidique et électrique de présence 1 comporte,- selon l'invention, un corps 2 dans lequel est placée une chambre 3 (figure 2). Cette chambre communique avec l'extérieur par une ouverture d'entrée 4 et un orifice de sortie 5. Conformément à l'illustration correspondant à la forme réalisée, l'ouverture 4 est cylindrique et présente d'abord en allant de la chambre 3 vers l'extérieur, une première partie axiale à paroi lisse, une deuxième partie axiale à paroi lisse et de plus grand diamètre, et une troisième partie axiale filetée. Dans la partie axiale intermédiaire est disposée une rondelle 6 présentant un trou axial 6a, qui doit avoir de préférence un diambtre inférieur à celui de l'orifice 5. Dans la partie filetée de lBouverture 4 du corps est vissée une extrémité filetée d'un raccord, désigné dans son ensemble par 7. Sur l'autre extrémité de ce raccord, sur l'emplacement prévu à cet effet, vient s'enfiler un tuyau indiqué par 8 sur la figure i, permettant d'introduire dans la chambre 3 un fluide sous pression (air) en provenance d'une source, non représentée. Le corps 2 présente une autre ouverture 9 communiquant avec la chambre 3 (figure 2) Cette ouver- ture est constituée, en partant de la chambre 3 vers l'extérieur, d'une première partie asiale à paroi lisse, suivie d'une deuxième partie axiale à paroi filetée. Dans cette deuxième partie axiale est vissée une entrée mité d'un deuxième raccord, désigné dans son ensemble par 10. La référence 17 désigne dans son ensemble un corps de support comprenant un élément cylindrique lia sensiblement en forme de verre retourné, et dont la paroi du fond comporte une ouverture lib. Un prolongement tubulaire lic formé intégralement avec le corps lia et profilé en forme de raccord fait saillie autour de cette ouverture, sur la face extérieure de -la paroi du fond. La référence 12 désigne un tube dont une extrémité est ajustée sur le manchon 10 et l'autre extré- mité enfilée sur la partie lic du corps cylindrique lia. Comme il convient, ce tubé est constitué d'un matériel apte à amortir les vibrations, par exemple du chlorure de polyvinyle ou du caoutchouc. A l'intérieur de l'élément cylindrique lia, face à l'ouverture llb est disposé un microphone à condensateur 13. Ce microphone est maintenu en position par une bague d'espacement 14, en caoutchouc s'appuyant sur une rondelle 15, qui à son tour est maintenue en position par un bouchon percé 16 Un tel bouchon présente une tige 16a, filetée extérieurement, vissée dans une partie axiale de filetage correspondant, sur la surface interne de l'élément cylindrique lia. Le bouchon 16 comporte un trou axial indiqué par 16b, donnant passage à deux cables électriques 17, 18. Le câble 17 est raccordé à une source électrique sous tension 19 (figure 1) permettant de fournir au microphone la tension d'alimentation nécessaire. Le câble 18 correspond à la sortie du microphone ; il est relié à un circuit de traitement 20 (figure 1) et assure le traitement des signaux produits lors du fonctionnement du microphone mentionné ci-dessus. Au cours du fonctionnement, un fluide sous pression, de l'air par exemple, est introduit sous pression constante dans la chambre 3 d corps 2. En conséquence, un jet de fluide est émis à travers l'orifice de sortie 5. Si aucun objet ne se trouve en face de cet orifice, la pression à l'intérieur de la chambre prend une valeur bien définie. Si un corps se trouve disposé en face de l'orifice 5 et à faible distance, la pression à l'intérieur de la chambre 3 subit une augmentation. Ces variations de pression se propagent à travers l'ouverture 9 du corps 2, le raccord 10 et le tube 12 jusqu'd la surface active du microphone 13. Les caractéristiques du signal électrique émis à la sortie de ce microphone subissent une variation significative correspondant à la variation de pression dans la chambre 3 du corps 2. Le signal fourni par le microphone 13 est un signal de courant alternatif et peut être, par la suite, facilement amplifié et traité, selon l'utilisation prévue du détecteur ; de façon connue, ce signal est une fonction de la pression dans la chambre 3 par rapport au temps dp Vm = k1 . f dp dt Vm étant la f.e.m. donnée par le microphone, k1 une constante, p la pression et t le temps. Ceci veut dire que le microphone ne fournit qu'un signal indicatif des variations de pression et non pas la valeur de la pression, contrairement aux transducteurs piézoélectriques tels que les quartz.Ces derniers par contre, s'ils sont soumis à des sollicitations de pression, créent un déplacement de charges électriques, pouvant être converti à l'aide d'un condensateur en une différence de potentiel Vgz v = qz k2 . g (p) k2 étant une constante. Le microphone présente don I'izsnvénient de fournir des indications uniquement sar les variations de pression . Toutefois, si on tient compte du fait qu'en considérant une variation de pression Ap, on a Vm (# p) = 1 000 . # Vqz on peut constater immédiatement que pour un très grand nombre d'applications, l'inconvénient mentionné plus haut est amplement compensé par l'amplification bien plus modeste qu'exige un signal fourni par un microphone. En outre, le condensateur que nécessite un quartz pour convertir un déplacement de charge en signal, crée d'autres problèmes du point de vue de l'impédance électrique du transducteur et en ce qui concerne la sensibilité, qui est perturbée.Enfin, comme il a déjà été dit, les microphones sont en général beaucoup moins coûteux. Le détecteur décrit ci-dessus peut trouver des applications variées. En premier lieu, il peut faire fonction de révélateur de présence proprement dit dans le sens où les signaux produits par le microphone 13 permettent une stabilisation, s'il y a présence ou absence d'un objet dans la région directement en face de l'orifice de sortie 5. Le détecteur peut en outre être utilisé, d'une façon appropriée, comme détecteur de proximité. Dans cette application, suivant la distance à laquelle se situe un corps par rapport à l'orifice 5 le signal fourni à la sortie du microphone 13 varie. Le détecteur décrit ci-dessus peut en outre être utilisé pour déterminer la vitesse d'avancement d'une bande perforée du type désigné par la référence 30 sur la figure 1. La bande représentée présente en direction longitudinale une succession d'ouvertures 30a de mêmes dimensions, séparées par des espacements pleins 30b. Supposons maintenant qu'au moyen de dispositifs non représentés, la bande 30 soit mise en mouvement dans la direction indiquée par la flèche F de la figure 1, dans un plan parallèle à la face supérieure du corps 2 et en contact avec cette face. On suppose d'autre part que la vitesse d'avancement de la bande 30 est constante. Dans ces conditions, l'évolution de la pression du fluide à l'intérieur de la chambre 3 du corps 2 est essentiellement du type indiqué par la courbe A de la figure 3. Chaque fois qu'un espacement plein 30b passe devant l'orifice de sortie 5, la pression-dans la chambre 3 subit une augmentation. Au moment où une ouverture 30a se trouve en face de l'orifice, la pression dans la chambre 3 du corps 2 subit une diminution. En particulier, plus le diamètre de l'ouverture 6a de la rondelle 6 est inférieur au diamètre de l'orifice de sortie 5, plus la dynamique du dispositif est grande. Si l'évolution de la pression en fonction du temps, à l'intérieur de la chambre 3 est du type indiqué par la courbe A, le signal électrique fourni à la sortie du microphone 13 est essentiellement du type indiqué par la courbe B de la figure 3. Ces signaux amenés sur un double circuit comparateur 21 du circuit de traitement 20 (figure 1) et comparés à ce stade à deux valeurs de seuil, telles que Vs 1 et Vs 2 par exemple, représentées sur la figure 3, permettent d'obtenir à la sortie de ce double circuit comparateur 21 un signal en forme d'onde indiqué par C sur la figure 3. On peut constater immédiatement que la fréquence du signal fourni à la sortie du circuit comparateur 21 est essentiellement proportionnelle à la vitesse d'avancement de la bande 30. Le signal fourni par e c:rs--it comparateur 21 peut être converti, par exemple à l'aide d'un convertisseur fréquenceitension 22 (figure 1) en un signal analogique d'amplitude proportionnelle à la vitesse d'avancement de la bande 30. Avant la mise en place de la bande, ce signal analogique peut être utilisé par exemple pour réaliser une contre réaction pour le contr8le de la position de la bande par rapport à un axe de référence parallèle à la direction d'avancement de la bande. Le circuit 20 décrit ci-dessus permet de déterminer les variations de pression ayant des fréquences inférieures à la fréquence propre du microphone, à condition que ces variations de pression présentent des allures de front suffisamment raides. La bande perforée 30 peut par exemple représenter l'aine métallique d'un revêtement constitué d'un matériau élastomère. Si un tel matériau élastomère vient à s'appliquer sur l'aine et le profilé, par un processus d'extrusion, le contrôle de la vitesse d'avancement de la bande ou âme 30 permet d'obtenir une indication sur la vitesse d'extrusion. De telles indications peuvent être très utiles, quand, au cours de l'extrusion, on veut faire varier la section du revê- tement, à des emplacements définis à l'avance, dans le sens de la direction longitudinale de ce revêtement. Dans le but d'éliminer, ou tout au moins de réduire, l'influence des vibrations mécaniques transmises au corps 2 à partir de cette bande, le tube 12, comme il en est fait mention précédemment , est constitué de façon adéquate, d'un matériau capable d'amortir les vibrations, par exemple de chlorure de polyvinyle. De cette façon, les vibrations provenant du corps 2 sont fortement atténuées et n'influencent pas le fonctionnement du microphone. Naturellement, le r~~nz:pe de l'invention étant maintenu, les formes de rise en oeuvre et en particulier de réalisation pourront être modifiées dans une large mesure par rapport à ce qui a été décrit et illustré à seul titre d'exemple non limitatif, sans sortir pour autant du domaine de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Détecteur fluidique et électrique de présence comprenant un corps (2) dans lequel est placée une chambre (3) et qui présente une ouverture d'entrée (4) pour l'alimentation d'un fluide sous pression à l'intérieur de la chambre (3) et un orifice de sortie (5) pour l'émission d'un jet de fluide hors de la chambre (3), pour lequel la pression dans la chambre est fonction de la présence ou de l'absence d'un objet à proximité de ;' ce (5) et des moyens de transduction de pression tu3), en communication avec ladite chambre (3), caractérisé par le fait que lesdits moyens de transduction comprennent un microphone (13). 2. Détecteur selon la revendication 1, caractérisé par le fait que ledit microphone (13) est du type à condensateur. 3. Détecteur selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que ledit microphone est accouplé au corps (2) par l'intermédiaire de moyens d'amortissement, capables de limiter les vibrations transmises par le corps (2) au microphone (13). 4. Détecteur selon la revendication 3, caractérisé par le fait que ledit corps (2) présente une autre ouverture (9) communiquant avec la chambre (3), que ledit microphone (13) est monté dans un emplacement situé dans un support (11) et raccordé à ladite ouverture supplémentaire (9) du corps (2) par l'intermédiaire d'une tubulure (12) constituée d'un matériau capable d'amortir les vibrations. 5. Détecteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite tubulure (12) est constituée de chlorure de polyvinyle. 6. Détecteur selon la revendication 4, caractérisé par le fait que ladite tubulure (12) est constituée d'un matériau élastomère. 7. Détecteur selon l'une quelconque des revendications précédentes, en particulier pour la mise en évidence de discontinuités et/ou de la vitesse d'avancement d'une bande perforée (30), caractérisé par le fait qu'à la sortie dudit microphone (13) est branché un circuit comparateur de seuil (21). 8. Détecteur selon la revendication 7, caractérisé par le fait qu'à la sortie dudit circuit comparateur (21) est branché un convertisseur fréquence, tension (22).