Brevet FR2565027A1 — publié le 19851129

La présente invention concerne un dispositif pour contrôler l'état ouvert ou fermé d'au moins un contact électrique comportant une partie mobile et une partie fixe, par passage d'un courant électrique entre lesdites parties fixe et mobile dudit contact. Le dispositif selon l'invention sera utilisé avantageusement: - pour améliorer la sécurité, voire même résoudre intégra- lement les problèmes qu'elle pose, chaque fois que la transmission d'un courant électrique peut être une source de danger (inflammation, explosion...), - pour améliorer la crédibilité de l'information, lorsquela transmission (câble de liaison) est soumise à des champs électrique et/ou magnétique importants. On sait que, actuellement, l'acquisition d'état d'un contact nécessite l'envoi d'un courant électrique au travers de ce contact par l'intermédiaire de conducteurs venant d'une source plus ou moins éloignés. Lorsque le contact est fermé, le courant électrique fourni en amont le traverse et se retrouve en aval pour être exploité par un appareil de contrôle (capteur). Dans de nombreuses applications industrielles ce système n'est pas acceptable, car: a) les conducteurs électriques transitent dans un milieu déflagrant ou dégradant pour atteindre le capteur; b) le capteur est implanté dans un système qui doit rester électriquement isolé; 2 25 1 c) le capteur est implanté sur une pièce tournante impliquant des collecteurs tournants qui en bas niveau électrique ne donnent pas satisfaction; d) les piles ou batteries d'alimentation du capteur sont très difficilement accessibles voire impossible à atteindre. Le dispositif de la présente invention a pour objet de remédier à ces inconvénients et de réaliser un dispositif permettant de vérifier l'état d'un contact, d'une chaîne de contacts, ou d'un de ceux-ci, sans liaison électrique entre ledit dispositif et le système d'acquisition de données, le dispositif fonctionnant sous un faible courant électrique (par exemple e 10 VA sous 6 V) fourni par une source interne à lui-même autre que pile ou batterie. A cette fin, selon l'invention, le dispositif pour contr8ler l'état ouvert ou fermé d'au moins un contact électrique comportant une partie mobile et une partie fixe, par passage d'un courant électrique entre lesdites parties fixe et mobile dudit contact, est caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse, un générateur photovoltaïque susceptible d'être excité par ladite source lumineuse, un système à cristaux liquides monté en série avec le ou les contacts aux bornes dudit générateur photovoltaïque et présentant deux états optiques différents suivant qu'il est ou non traversé par le courant engendré par ledit générateur photovoltaïque et des moyens pour détecter et exploiter les états dudit système à cristaux liquides. Avantageusement, lesdits moyens de détection et d'exploi- tation des états du système à cristaux liquides sont électro-optiques et le générateur est photovoltaïque, le système à cristaux liquides et une partie desdits moyens de détection et d'exploitation forment une unité de construc- 3R 2565027 1 tion reliée à ladite source lumineuse et à l'autre partie desdits moyens de détection et d'exploitation par des liaisons optiques. Par suite, une énergie lumineuse peut être amenée par une fibre optique qui éclaire une mosaique de cellules photo-voltaiques. Celle-ci délivre un micro-courant qui traverse la chaîne de contacts et vient moduler une cellule de cristaux liquides. La lecture de l'état de cette cellule peut également être effectuée par voie de fibre optique. L'invention offre donc les avantages de: - traverser sans risque les milieux déflagrants ou dégradants; - travailler sans inconvénient en milieu électriquement perturbé; - transmettre l'information sans contact au niveau des collecteurs tournants; - respecter les isolements entre le capteur et le système d'acquisition de-données; - auto-limiter le courant d'exploitation qui est créé localement dans le capteur et le contact ou la chaîne de contacts à tester; - s'affranchir intégralement des besoins d'accès aux dispositifs à piles pour remplacement de celles-ci. De préférence, ledit système à cristaux liquides est du type faisant tourner le plan de polarisation de la lumière lorsqu'il est au repos et lesdits moyens de détection et d'exploitation comportent des moyens de polarisation associés audit système à cristaux liquides. 4 2565027 1 Ainsi, le dispositif selon l'invention peut comporter une source lumineuse et un sytème de fibres optiques pour exciter ledit générateur photovoltaique, une source lumineuse et un système de fibres optiques pour éclairer ledit système à cristaux liquides, un système de fibres optiques et un dispositif pour exploiter les changements d'états optiques dudit système à cristaux liquides, ainsi qu'un système optique pour établir la communication lumineuse entre lesdits systèmes de fibres optiques respectivement associés à la source lumineuse d'éclairement du système à cristaux liquides et au dispositif d'exploi- tation des changements d'états optiques du système à cristaux liquides. On peut prév6ir une source lumineuse unique pour exciter'le générateur photovoltatque et pour éclairer le système à''- cristaux-liquides et des moyens optiques incorporés à ladite unité de construction pour partager le faisceau lumineux provenant de cette sour$e unique en dCux fisaux -partie respectivement adressés audit générateur photovoltique et audit système à cristaux liquides. De plus, le système de fibresoptiques pour éclairer le système à cristaux liquides et le aystème de fibres optiques pour exploiter les changements d'états optiques dudit système à cristaux liquides peuvent former un seul système de fibres optiques. Il est même possible de faire en sorte que le système de -fibres optiques pour exciter le générateur photovoltaique, le système des fibres optiques pour éclairer le système à cristaux liquides et le sytème de fibres optiques pour exploiter les changements d'états optiques dudit système à cristaux liquides forment un seul système de fibres optiques.. 2565027 1 Avantageusement, les moyens optiques de partage du faisceau lumineux adressent au générateur photovoltaïque la partie chaude et au système à cristaux liquides la partie froide du rayonnement émis par la source lumineuse unique. Le dispositif selon l'invention peut comporter une logique alimentée par ledit générateur photovoltaique et permettant l'examen séquentiel d'une pluralité de contacts. Les figures du dessin annexé feront bien comprendre comment l'invention peut être réalisée. Sur ces figures, des références identiques désignent des éléments semblables. La figure 1 montre le schéma d'un mode de réalisation du dispositif selon l'invention. Les figures 2 à 5 illustrent le fonctionnement du dispositif de la figure 1, suivant la structure de celui-ci. Les figures 6 à 10 montrent des variantes de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 11 montre une application du dispositif selon l'invention. Le dispositif selon l'invention, montré par la figure 1, est destiné à contr8ler l'état ouvert ou fermé d'une pluralité de contacts électriques 1, constitué chacun d'une partie mobile la et d'une partie fixe lb, conductrices de l'électricité. Ce dispositif comporte un générateur photovoltaïque 2 et un système électrooptique, constitué par un ensemble à cristaux liquides 3, susceptible de provoquer la rotation de 90 du plan de polarisation de la lumière, et par deux polariseurs 6 2565027 1 4 et 5, disposés de part et d'autre du plan dudit ensemble à cristaux liquides 3. La pluralité des parties fixes lb des contacts 1 sont montées en série entre elles et avec ledit ensemble à cristaux liquides 3, dans un circuit série 6 reliant les bornes du générateur photovoltaique 2. Le dispositif de la figure 1 comporte de plus une première source d'énergie lumineuse 7 qui, par exemple, peut être une lampe à incandescence pourvue d'une optique de couplage et d'un filtre anticalorique pour supprimer un excès de rayonnement infrarouge, une diode électroluminescente dans le rouge et le proche infrarouge, une diode laser dans le proche infrarouge, un laser rouge avec optique de couplage, etc...Cette première source lumineuse 2 pourrait également émettre une lumière non cohérante; cependant, pour obtenir le meilleur rendement du générateur photovoltaique 2, il est préférable que cette lumière soit monochromatique et que sa longueur d'onde soit comprise entre 0,6 et 0,9)xm. L'éner- gie lumineuse émise par ladite première source 7 est adressée au générateur photovoltaique 2 par l'intermédiaire d'un système de fibres optiques 8. Le dispositif de la figure 1 comporte en outre une seconde source lumineuse 9, identique ou différente de ladite première source 7, susceptible d'adresser sa lumière à l'ensemble à cristaux liquides 3 et aux polariseurs 4 et 5, par l'intermédiaire d'un système à fibres optiques 10. Un miroir 11 est prévu derrière le polariseur 5 pour éventuellement réfléchir de la lumière vers un système à fibres optiques 12, disposé du même côté du système électro-optique 3,4 et 5. 1 Le système à fibres optiques 12 est en liaison, à son extrémité opposée au système électro-optique 3,4 et 5 avec un dispositif 13 d'exploitation et d'acquisition, qui peut être constitué de diodes PIN, de photo-diodes à avalanches, etc... Ainsi, la lumière émise par la première source d'énergie lumineuse 7 et véhiculée par le système à fibres optiques 8 est adresée au générateur photovoltalque 2, présentant par exemple une surface de 1 mm2. Un tel générateur photovol- talque 2 peut alors délivrer un courant d'environ 10v A, pour une tension inférieure à 6V (gradient 0,4 A/W lumière). La tension délivrée par le générateur photovoltaique 2 est éventuellement appliquée audit ensemble à cristaux liquides 3 de type nématique, par l'intermédiaire de la chaîne des contacts 1. Lorsque la chaîne desdits contacts 1 est ouverte, c'est-à-dire lorsque au moins l'un desdits contacts 1 n'est pas fermé, l'ensemble à cristaux liquides 3 ne reçoit pas ladite tension émise par le générateur photovoltalque 2 et il reste donc au repos faisant ainsi tourner de 90 le plan de polarisation de la lumière. En revanche, lorsque la chaîne desdits contacts 1 est fermée, c'est-à-dire lorsque tous les contacts 1 sont fermés, l'ensemble à cristaux liquides 3 est excité par la tension du générateur photovol- talque 2 et il ne modifie pas le plan de polarisation de la lumière qu'il reçoit. Ainsi, la lumière émise par ladite seconde source 9, véhiculée par le système à fibres optiques 10, et ensuite polarisée par le polariseur 4, peut subir l'effet de rotation de polarisation exercé par ledit ensemble à cris- taux liquides 3 et rencontrer le polariseur 5. En fonction de l'orientation relative des deux polariseurs 4 et 5 et de l'action de l'ensemble à cristaux liquide 3, la lumière émise par la source 9 traverse ou non le polariseur 5: 8 2-565027 - si aucune lumière ne traverse le polariseur 5, le miroir 11 ne renvoie pas de lumière vers le dispositif 13, à travers le système à fibres optiques 12; - si la lumière traverse le polariseur 5,-le miroir 11 injecte celle-ci dans le sytème à fibres optiques 12 et le dispositif 13 reçoit un signal. Les figures 2 à 5 explicitent le fonctionnement décrit ci-dessus pour deux cas particuliers. Dans l'exemple des figures 2 et 3', on a supposé que les directions de polarisation 14, 15 et 16 des polariseurs 4 et et de l'ensemble de cristaux liquides 3' étaient parallèles entre elles, lorsque celui-ci est excaté. - Donc, lorsque l'ensemble de cristaux liquides; 3 est excité (voir la figure 2), ciést-à-dire lorsque tous- les contacts 1 sont fermés, le faisceau, de 1umiè,. 1:7 Issu du système à fibres optiques 10 traverse après polarisa- tion par -e polariseur 4, 1-'a-genceent-, cristaux liquides 3 et le polariseur 5 pourse réfléchir sur le. miroir 11 et donner naissance à un rayon réfléchi 18, qui retraverse le polariseur 5, l'ensemble de cristaux liquide 3 et le polariseur 4 pour atteindre le système à fibres optiques 12. En revanche, lorsque ledit ensemble liquides 3 n'est plus excité (voir la figure 3), c'est-à-dire lorsqu'au moins l'un des contacts 1 est ouvert, la direction de polarisa- tion 16 de l'ensemble à cristaux liquides 3 tourne, de sorte que le polariseur 5 constitue une barrière pour le faisceau 17, qui ne peut atteindre le miroir 11 et donc le système à fibres optiques 12. 9 2565027 1 Dans la structure des figures 2 et 3, le retour de la lumière émise par la source 9 au dispositif 13 ne se produit donc que lorsque tous les contacts 1 sont fermés. Dans l'exemple de réalisation des figures 4 et 5, on a supposé que les directions de polarisation 14 et 15 des polariseurs 4 et 5 étaient à 90 entre elles et que les directions de polarisation 14 et 16 étaient parallèles lorsque l'ensemble de cristaux liquides 3 est excité. Dans ce cas, lorsque tous les contacts 1 sont fermés (voir la figure 4), le faisceau 17 est bloqué par le polariseur 5, alors que lorsqu'au moins un contact 1 est ouvert (voir la figure 5), le faisceau 17 donne naissance au faisceau réfléchi 18 qui atteint le système à fibres optiques 12 après rotation inverse de polarite dans l'ensemble de cristaux liquides 3. Dans la structure des figures 4 et 5, le retour de la lumière émise par la source 9 au dispositif 13 ne se produit donc que lorsqu'au moins l'un des contacts 1 est ouvert. Dans la variante de réalisation de la figure 6, on a supprimé le miroir 11 et disposé le système à fibres optiques 12 en regard du système à fibres optiques 10, du cSté opposé au système électrooptique 3,4,5. Une lentille de focalisation 19 peut être prévue entre le polariseur 5 et le système à fibres optiques 12. On pourrait également prévoir tout système optique qui permettrait de disposer les systèmes à fibres optiques 10 et 12 dans toute position relative angulaire désirée. 2565027 1 La figure 7 montre une variante de réalisation dans laquelle on a supprimé la première source d'énergie lumineuse 7 et le système à fibres optiques 8. Dans ce cas, on prévoit un miroir 20 disposé sur le trajet du faisceau lumineux 17 sortant du système à fibres optiques 10 et susceptible d'adresser une partie 17' de ce faisceau 17 sur le générateur photovoltaique 2 et l'autre partie 17" dudit faisceau vers le système électrooptique 3,4,5. Le miroir 20 peut être un simple miroir semi-transparent. Toutefois, il est préférable que le miroir 20 soit du type dichroique permettant d'adresser au générateur photovol- taique 2 la partie infrarouge 17' du faisceau 17 et au système électrooptique 3,4,5 la partie froide 17" dudit faisceau 17. Bien entendu la partie 17" du faisceau 17 permet un fonctionnement identique à celui décrit ci-dessus à propos dudit faisceau 17. Dans la variante de réalisation de la figure 8, on a supprimé le système à fibres optiques 12, le système à fibres optiques 10 permettant, à la fois, de véhiculer la lumière de la source 9 vers le système électrooptique 3,4,5 (faisceau 17) et la lumière du système électrooptique 3,4,5 au dispositif 13 (faisceau 18). Cette variante de réalisa- tion peut mettre en oeuvre, de façon connue, un séparateur à lame ou un coupleur approprié. La variante de réalisation de la figure 9 met en oeuvre le système à fibres optiques 10 de la figure 8 et le miroir 20 de la figure 7, pour supprimer la source 7 et les systèmes à fibres optiques 8 et 12. 11i 2565027 1 Dans la variante de la figure 10, on a prévu une logique 21, de faible consommation, alimentée par l'ensemble photovol- taique 2 et permettant de présenter séquentiellement l'état de chaque contact 1. Le dispositif de la figure 10 présente la structure du dispositif de la figure 1. Le dispositif qui vient d'être décrit et ses variantes comprennent tous un système à cristaux liquides 3 de type nématique; ledit système à cristaux liquides pourrait tout aussi bien être du type dichrolque et serait alors associé à une, ou des cellules d'Herlmeier avec polariseur, ledit système de cristaux liquides 3 de type dichroique fonction- nant par effet "Guest-Host". Enfin, on pourrait utiliser également un système de cristaux liquides (3) de type polychromatique, fonctionnant par changement de longueur d'ondes lumineuses sous excitation, associé éventuellement avec un, ou des polariseurs, pour amélioration du contraste lors de la lecture. Sur la figure 11 on a représenté un exemple d'application du dispositif selon l'invention à la surveillance à distance, à partir d'un poste 22, des niveaux maximal et minimal d'une cuve 23 contenant des produits pétroliers inflammables 24. Des contacts 1M et lm coopèrent avec un flotteur 25 pour déterminer lesdits niveaux maximal et minimal. Le dispositif de cdontr8le des contacts est semblable à celui illustré sur la figure 7: il comporte une unité 26 fixée sur la cuve 23, associée à une logique 21 incluse dans l'unité 26 qui permet de présenter séquentiellement l'état des deux contacts 1M et lm. Les informations sont codées sous forme de modulation de largeur lumineuse. La puissance 12 2565027 1 électrique ainsi créée par le capteur est 4 60J W. Le générateur de lumière 9 est une diode laser associée à une alimentation 27. La diode peut être pulsée ou permanente selon que l'information désirée est à lecture permanente ou ponctuelle. Les informations lumineuses sont détectées par une diode PIN 28 disposée entre le dispositif 13 et le système de fibres optiques 12. Ces informations sont traitées par une logique qui affiche les états à l'aide de deux voyants 29. Bien entendu, le dispositif de la figure i1l pourrait surveiller une pluralité de contacts, dont certains.d't-entre eux correspondraient, par exemple, à des niveaux intermé- diaires entre le niveau minimal et le nifveau maximal.- On conçoit que, grâce à l'invention>, on dispose d'un - dispositif susce#tib-le-d nde rmbe apli ions. ear M exemple:- - contrôle des comptes-rendus de pos-tion desIéiéenes de commandes pyrotechniques et des barrières de sécurité sur engins balistiques et spatiaux; - -- - acquisition d'état'de mano-contacts dans un réservoir de carburant ou comburant; - compte-rendu de position de gouvernails, volets, organes de direction et commandes en général sur engins, avions, navires, véhicules divers, installations au sol, devant être protégés contre des champs électriques et/ou magnétiques importants; 13 - 256502? 1 - acquisition de position de vanne (ouverte ou fermée) de commande d'écoulement de produits dangereux dans les industries pétrochimiques (hydrogène, oxygène, essence, kérosène...); - compte-rendu d'état de capteurs dans ou sur pièces tournantes telles que, panneaux satellites, rotors, turbines instrumentées;. - acquisition de compte-rendu de capteurs d'incendie dans des locaux pyrotechniques ou installations industrielles sensibles en général; - vérification d'états dans des milieux difficiles d'accès pour atteindre et changer les piles des dispositifs actuellement utilisés. Par exemple: milieu immergé, corps humain (contrôle d'état coeur artificiel) milieu très encombré etc...; - rechargement de batteries et vérification de l'état du dispositif qui fonctionne sous l'effet de ces batteries par l'intermédiaire des mêmes fibres optiques. On trouvera une application avantageuse en milieu médical pour les appareils implantés dans le corps humain du fait de la bonne tolérance de ce dernier pour le verre constituant les fibres optiques. 14 fC 256527 REVENDICATIONS 1 1 - Dispositif pour contrôler l'état ouvert ou fermé d'au moins un contact électrique (1) comportant une partie mobile (la) et une partie fixe (lb), par passage d'un courant électrique entre lesdites parties fixes et mobiles dudit contact, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse (7,9), un générateur photovoltaique (2) susceptible d'être excité par ladite source lumineuse, un système à cristaux liquides (3) monté en série avec le ou les contacts (1) aux bornes dudit générateur photovoltaique (2) et présentant deux états optiques différents suivant qu'il est ou non traversé par le courant engendré par ledit générateur photovoltaique et des moyens (4,5,9 à 13,19,20) pour détecter et exploiter les états dudit système à cristaux liquides (3). 2 - Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que lesdits moyens (4,5,9 à 13,19,20) de détection et d'exploitation des états du système à cristaux liquides (3) sont électro-optiques et en ce que le générateur photovoltaique (2), le système à cristaux liquides (3) et une partie (4,5,11,19,20) desdits moyens de détection et d'exploitation forment une unité de construc- tion reliée à ladite source lumineuse (7,9) et à l'autre partie (9,13) desdits moyens de détection et d'exploitation par des liaisons optiques (8,10,12) 3 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit système à cristaux liquides (3) est du type nématique et en ce que lesdits moyens de détection et d'exploitation comportent des moyens de polarisation (4,5) associés audit système à cristaux 1 liquides (3). 4 - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit système à cristaux liquides (3) est du type dichroique et en ce que lesdits moyens de détection et d'exploitation comportent des moyens de pola- risation associés audit système à cristaux liquides (3). - Dispositif selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que ledit système à cristaux liquides (3) est du type polychromatique et en ce que lesdits moyens de détection et d'exploitation peuvent comporter des moyens de polarisation associés audit système à cristaux liquides (3). 6 - Dispositif selon les revendications 2 à 5; caractérisé en ce que lesdites liaisons à l'unité de construction (2,3,4, 5,11,19,20) sont constituées par des systèmes à fibres optiques (8,10,12). 7 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse (7) et un système de fibres optiques (8) pour exciter ledit générateur photovoltaique (2), une source lumineuse (9) et un système de fibres optiques (10) pour éclairer ledit système à cristaux liquides (3), un système de fibres optiques (12) et un dispositif (13) pour exploiter les changements d'états optiques dudit système à cristaux liquides ainsi qu'un système optique (11 ou 19) pour établir la communication lumineuse entre lesdits systèmes de fibres optiques (10 et 12) respectivement associés à la source lumineuse (9) d'éclairement du système à cristaux liquides (3) et au dispositif (13) d'exploitation des changements d'états optiques du système à cristaux liquides. 16 2565027 1 8 - Dispositif selon la revendication 6, caractérisé en ce qu'il comporte une source lumineuse unique pour exciter le générateur photovolta!que (2) et pour éclairer le système à cristaux liquides (3) et des moyens optiques (20) incorporés à ladite unité de construction pour partager le faisceau lumineux provenant de cette source unique en deux faisceaux partiels respectivement adressés audit générateur photovoltaique (2) et audit système à cristaux liquides (3). 9 - Dispositif selon la revendication 7, caractérisé en ce que le système de fibres optiques (10) pour éclairer le système à cristaux liquides (3) et le système de fibres optiques (12) pour exploiter les changements d'états optiques dudit système à cristaux liquides (3) forment un seul système de fibres optiques. - Dispositif selon les revendications 8 et 9, caractérisé en ce que le système de fibres optiques (8) pour exciter lé générateur photovoltalque (2), le système des fibres optiques (10) pour éclairer le système à cristaux liquides (3) et le système de fibres optiques pour exploiter les changements d'états optiques dudit système à cristaux liquides (3) forment un seul système de fibres optiques. 11 - Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce que les moyens optiques (20) de partage du faisceau lumineux adressent au générateur photovoltaique (2) la partie chaude et au système à cristaux liquides (3) la partie froide du rayonnement émis par la source lumineuse unique. 12 Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'il comporte une logique (21) alimentée par ledit générateur photovoltaique (2) et permettant l'examen séquentiel d'une pluralité de contacts (1).