Brevet FR2576412A1 — publié le 19860725

La présente invention concerne un capteur de pression optoélectrique. I1 est déjà connu de réaliser des capteurs de pression optoelectriques qui comprennent généralement une membrane flexible soumise à une pression variable, une source de lumière dirigée vers la membrane et un récepteur de lumière également dirigé vers la membrane selon une direction de réflexion sur la membrane de la lumière en provenance de la source de lumière. Lors des variations de la pression à laquelle la membrane est soumise, celle-ci se deforme de façon correspondante et modifie ainsi le trajet des rayons réfléchis en provenance de la source de lumière. En conséquence, l'intensité recueillie par le récepteur de lumière varie en fonction de la pression et le signal de sortie de récepteur de lumière est donc représentatif de la pression à mesurer. Toutefois, ces dispositifs comportent généralement des composants électroniques tant pour l'émission de lumière que pour sa réception et ceux-ci sont sensibles à la température environnante. En conséquence, le signal de sortie du récepteur de lumière est fonction non seulement de la pression à laquelle la membrane flexible est soumise, mais également de la température environnante. Ceci représente un inconvénient majeur des capteurs de pression optoélectriques lorsque l'on souhaite obtenir une grande précision de la mesure de la pression. Le but de la présente invention est de proposer un capteur de pression optoélectrique et son procédé de mise en oeuvre qui permettent d'effectuer une mesure de pression s'affranchissant des perturbations qui résultent des variations de température des composants électroniques. En vue de la réalisation de ce but, on prevoit selon l'invention un capteur de pression optoelectrique comportant une membrane flexible portee par une embase, des moyens pour soumettre une face de la membrane à une pression variable, une première source de lumière dirigée vers la membrane, un premier recepteur de lumière dirigé vers la membrane selon une direction de réflexion sur la membrane de la lumière en provenance de la premiere source de lumière, et des moyens d'alimentation de la première source de lumière, caractérisé en ce qu'il comporte une seconde source de lumière, un second récepteur de lumière, des moyens pour assurer une liaison lumineuse directe (c'est- -dire sans réflexion sur la membrane) entre la première source de lumière et le second récepteur de lumière, des moyens pour assurer une liaison lumineuse directe entre la seconde source de lumière et les premier et second recepteurs de lumière, et des moyens pour alimenter en alternance et de façon réglable la première et la seconde source de lumière. Ainsi, on obtient différentès combinaisons d'éclairement des premier et second récepteurs de lumière et on en déduit une indication de la pression sur la membrane qui est indépendante de la température des composants electroniques. Selon un mode de réalisation du capteur selon l'invention, les moyens de liaison lumineuse entre les sources de lumière et les récepteurs de lumière comprennent un bloc support ayant une face tournée vers la membrane et comportant un premier canal d'admission de lumière associé à la première source de lumière et ayant un axe dirigé vers la membrane, un premier canal de reception de lumière associé au premier récepteur de lumière et ayant un axe dirigé vers la membrane et coplanaire à l'axe du premier canal d'admission de lumière, un second canal d'admission de lumière débouchant transversalement dans le premier canal de réception de lumière, un second canal de réception de lumière débouchant transversalement dans le premier canal d'admission de lumière et un canal intermédiaire debouchant transversalement dans le second canal d'admission de lumière et le second canal de réception de lumière. Ainsi, une partie de la lumière diffusée dans le premier canal d'admission de lumière est déviée vers le second canal de réception de lumière et une partie de la lumière diffusée dans le second canal d'admission de lumière est déviée par le canal intermédiaire vers le second canal de réception de lumière sans qu'il soit nécessaire de prévoir des moyens de connection ou des dispositifs de renvoi complexes pour obtenir les liaisons lumineuses recherchées. Selon une version avantageuse de l'invention, le second canal d'admission de lumière et le second canal de réception de lumière comportent un rétrécissement et le canal intermédiaire débouche au niveau de chaque rétrécissement. Ainsi, on obtient une liaison directe améliorée entre le second canal d'admission de lumière et le second canal de reception de lumière. Selon un autre aspect avantageux de l'invention, le canal intermédiaire débouche dans des parois latérales du bloc support, une extrémité du côté du second canal de réception de lumière etant obturée'. Ainsi, le canal intermediaire est usiné très simplement en realisant un alesage traversant le bloc support et la transmission de lumière vers le second canal de transmission de lumière est néanmoins obtenue par réflexion sur le corps obturant l'extrémité du canal intermediaire. Selon une version préférée de l'invention, la face du bloc support tournée vers la membrane comporte deux ouvertures calibrées qui coincident respectivement avec une extrémité du premier canal d'admission de lumière et une extrémité du premier canal de réception de lumière. Ainsi, le faisceau lumineux reçu par le premier canal de réception de lumière est délimité avec précision et la mesure de la déviation du faisceau lumineux par la membrane se trouve améliorée Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci concerne un procédé de mise en oeuvre du capteur conforme à l'invention, ce procedé comportant les étapes suivantes on eteint la première source de lumière et on règle l'intensite lumineuse de la seconde source de lumière pour qu'un signal de sortie du premier recepteur de lumière soit diun niveau égal à une valeur de référence arbitraire, - on mesure le niveau d'un signal de sortie du second récepteur de lumière, - on eteint la seconde source de lumière et on regle l'intensite lumineuse de la première source de lumière jusqu'à ce que le signal de sortie du second récepteur de lumière soit dans une proportion de refé- rence arbitraire de la valeur mesurée de ce même signal dans l'étape précédente, - on mesure le niveau du signal de sortie du premier récepteur de lumière, lequel est représentatif de la pression à mesurer. Ainsi, l'alternance des réglages effectués à partir de la première source de lumière et de la seconde source de lumière elimine les composantes de fonctionnement liées à la température des composants electriques du dispositif. D'autres caractéristiques et avantages de l'in- vention résulteront encore de la description ci-après d'un exemple non limitatif en référence aux dessins annexés dans lesquels - la figure 1 est une representation schématique du capteur selon l'invention, - la figure 2 est une vue de dessous d'un mode de réalisation particulier du capteur selon 1 invention, - la figure 3 est une vue en coupe selon le plan III-III de la figure 2, - la figure 4 est une vue en coupe partielle selon le plan IV-IV de la figure 2, - la figure 5 est une vue de dessus du bloc support du mode de -réalisation particulier des figures 2 à 4. En référence à la figure 1, le capteur de pression optoélectrique selon l'invention comporte une membrane flexible 1, par exemple une membrane métallique, portée par une embase 2. La face supérieure de la membrane est soumise à une pression variable transmise au capteur par une canalisation 3. Une premiere source de lumière 4 formée par exemple par une diode électro-luminescente est associée à un premier canal d'admission de lumière 5 dirigé vers la membrane. Un premier récepteur de lumière 6, par exemple un photo-transistor est associé à un premier canal de réception de lumière 7 également dirigé par la membrane selon une direction de réflexion sur la membrane de la lumière en provenance de la première source de lumière 4. Une seconde source de lumière 8 est associée à des moyens 9 pour assurer une liaison lumineuse directe, c'est-à-dire sans réflexion sur la membrane 1, entre la seconde source de lumière 8 et le premier récepteur de lumière 6. Des moyens 10 sont prévus pour assurer une liaison lumineuse directe entre la première source de lumière 4 et un second récepteur de lumière 11 et des moyens 12 sont prévus pour assurer une liaison lumineuse directe entre la seconde source de lumière 8 et le second récepteur de lumière 11. Des moyens 13 sont reliés à la première source de lumière 4 et à la seconde source de lumière 8 pour alimenter celle--ci en alternance et de façon réglable. Les moyens d'alimentation 13 sont reliés par une ligne 14 à des moyens de traitement 15 des signaux de sortie du premier récepteur de lumière 6 et du second récepteur de lumière 11. Les moyens de traitement 15 comportent une sortie 16 reliée à un moyen d'affichage 17. Les figures 2 à 5 représentent de façon très agrandie un mode de réalisation particulier du capteur selon l'invention. Comme décrit précédemment, le capteur comporte une membrane flexible 1 montée sur une embase 2 sur laquelle elle est maintenue par une contre plaque 18, 1 'embase 2 comportant un conduit 3 assurant une liaison entre la face supérieure de la membrane 1 et une pression variable à mesurer. Les moyens de liaison lumineuse entre les sources de lumière et les récepteurs de lumière sont formés dans un bloc support 19 en forme de disque épais ayant une face 20 tournée vers la membrane 1. Le bloc support 19 comporte un premier canal d'admission 5, de section circulaire dont l'axe est contenu dans un plan diamétral du bloc support 19 et est dirigé à 45" vers la membrane.Sur le mode de réalisation représenté, le canal d'admission 5 a une section progressivement décroissante afin de recevoir dans son extrémité inferieure une diode électro-luminescente de dimension relativement importante, tout en débouchant sur la face supérieure du bloc support 19 selon une ouverture de dimension plus faible.Bien entendu, le canal d'admission 5 pourrait etre de section constante. Le bloc support 19 comporte un premier canal de réception de lumière 7 symétrique du premier canal d'admission de lumière 5 par rapport à l'axe du bloc support 19. Le premier canal de réception de lumière 7 a donc un axe dirigé vers la membrane et coplanaire à l'axe du premier canal d'admission de lumière 5, de sorte que lorsqu'un premier récepteur de lumière est introduit dans le premier canal de réception de lumière 7, le premier récepteur de lumière est dirigé vers la membrane 1 selon une direction de réflexion sur la membrane de la lumière en provenance de la premiere source de lumière, elle-meme introduite dans le premier canal d"admis- sion de lumière 5. Un second canal de réception de lumière 21 est aménagé dans le bloc support 19 et débouche latéralement dans le premier canal d'admission de lumière 5 transversalement à celui-ci. Le second canal de réception de lumière 21 comporte un rétrécissement 22 dans lequel débouche un canal intermédiaire 23 s'étendant sensiblement diamétralement au bloc support 19, dans un plan parallèle au plan de la face 20.-Le canal intermédiaire 23 est décalé par rapport au premier canal d'admission de lumière 5 et au premier canal de réception de lumière 7 afin de ne pas déboucher dans ceux-ci.Le canal intermédiaire 23 debouche également dans un rétrécissement 24 d'un second canal d'alimentation de lumière 25 dont la structure est identique à celle du second canal de réception de lumière 21 et qui est réalisé de façon symétrique au second canal de réception de lumière 21 par rapport à l'axe de symétrie du bloc support 19. Le second canal d'admission de lumière 25 débouche donc dans le premier canal de réception de lumière 7. Ainsi qu'on peut le voir sur la figure 2, le canal intermédiaire 23 est de préférence un perçage s'étendant transversalement au bloc support 19 et debouchant de part et d'autre de celui-ci > 1 1extrémité du canal intermédiaire 23 entre la paroi latérale du bloc support 19 et le second canal de réception de lumière 21 étant obturée afin que les rayons de lumière provenant du second canal d'admission de lumière 25 et se propageant par la partie médiane du canal intermédiaire 23 soient déviés vers l'extrémité externe du second canal de réception de lumière 21. Trans versalement à la face 20, le bloc support 19 est perce d'un orifice 26 (figure 2) destine à maintenir la face inferieure de la membrane 1 à la pression environnante. Afin de limiter la section des faisceaux dirigés vers la membrane et obtenir une meilleure precision de la mesure, la face supérieure 20 du bloc support 19 comporte une cavité dans laquelle est logé un masque 27 comportant une ouverture calibrée 28 associée au premier canal d'admission 5 et une ouverture calibrée 29 associée au premier canal de réception de lumière 7. Chacune des ouvertures calibrée est de forme rectangulaire et est disposée transversalement à un plan contenant l'axe d-u -premier canal d'admission de lumière 5 et du premier canal de réception de lumière 7. Selon la réalisation préferée, l'ouverture calibrée 28 du côté du premier canal d'admission de lumière 5 a une dimension supérieure à l'ouverture calibrée29 du côté du premier canal de réception de lumière 7. Pour la mise en oeuvre du capteur selon l'invention, on applique pour chaque mesure de pression un procédé comportant les etapes suivantes - on eteint la premiere source de lumière 4 et on allume la seconde source -de lumière 8. Un flux lumineux s'ecoule alors vers le premier récepteur de lumière 6 et le second recepteur de lumière Il selon des trajets respectivement symbolisés par les lettres T21 et T22 sur les figures 1 et 2. 0-n règle l'intensité lumineuse de la seconde source de lumière 8 pour que le signal de sortie dru premier récepteur de lumière 6 soit d'un niveau égal à une valeur d référence lo choisie de façon arbitraire. La valeur de référence est par exemple une valeur de courant choisie dans la gamme de fonctionnement normal des moyens de traitement 15. Dans un mode de traitement automatique, les moyens de traitement 15 sont, par exemple, un microprocesseur qui reçoit des courants émis par les photos-transistors 6 et 11. La valeur de référence est mise en mémoire et, par l'intermédiaire de la ligne de retour 14, les moyens de traitement 15 agissent alors sur les moyens d'alimentation 13 jusqu'à ce que le courant I21 produit par le récepteur de courant 6 soit égal à cette valeur de référence. - On mesure alors le niveau du signal de sortie du second récepteur de lumière 11, par exemple un courant I22 et, dans le cas d'un traitement automatique, on met celui-ci en mémoire. - On éteint alors la seconde source de lumière 8, et on allume lapremière source de lumière 4 dont on règle l'intensité lumineuse jusqu'à ce que le signal de sortie du second récepteur de lumière 11, par exemple un courant I12 soit dans une proportion de référence de la valeur mesurée I22 de ce même signal dans l'étape précédente, soit I12 = k 122. De même que précédemment, la valeur de la proportion de référence est choisie pour que I12 soit dans une gamme de fonctionnement normal des moyens de traitement 15. - On mesure le niveau du signal de sortie, par exemple le courant I1l du premier récepteur de lumière 6. Il est relevé ou affiché sur le dispositif d'affichage 17. Lorsque les étapes séquentielles sont effectuees dans un délai suffisamment bref pour éviter une variation de température au cours du déroulement du procédé, on s'aperçoit que la mesure du courant I1l est indépendante de la température du dispositif. En effet, si l'on désigne par F1 le flux de lumière émis par la première source de lumière et par F2 le flux de lumière émis par la seconde source de lumière, T11 le coefficient d'atténuation du trajet suivi par la lumière entre la première source de lumière et le premier récepteur de lumière (par réflexion sur la membrane), T12 le coefficient d'atténuation du -trajet suivi par la lumière entre la première source de lumière et le second récepteur de lumière, T21 le coefficient d'atténuation du trajet suivi par la lumière entre la seconde source de lumière et le premier récepteur de lumière, T22 le coefficient d'atténuation du trajet suivi par la lumière entre la seconde source de lumière et le second récepteur de lumière, R1 le coefficient de conversion (de lumière en courant) du premier récepteur de lumière et R2 le coefficient de conversion du second récepteur de lumière, on peut exprimer les différents courants selon les équations I11 = F1 T11 R1 (1) I12 = F1 T22 R2 = k I22 (2) 121 = F2F2 T21 R1 = Io (3) I22 = F2 T22 R2 (4) ou F1, F2, R1 et R2 dépendent de la température, T12, T21 et T22 sont indépendants de la température et de la pression et T11 dépend seulement de la pression. De l'équation (3) on tire F2 = lo / T21 R1 (5) Soit en reportant dans l'équation (4) et en utilisant l'équation (2) 122 = (Io / T21 R1) T22 R2 = I12/k = (F1/k) T12 R2 (6) d'où l'on extrait F1 qui, pote dans l'équation (1) donne I1l = (k lo T22 / T21 T12) T11 (7) On constate donc qu'à la suite du procédé utilisé I11 dépend seulement de la pression, puisque T11 dépend seulement de la pression-et les autres coefficients sont indépendants de la pression et de la température. La valeur de courant I11 relevée à l'issue du procédé décrit ci-dessus est donc représentative de la pression et l'on peut graduer le dispositif d'affichage 17 (un amperemètre-dans le cas décrit ci-dessus) directement en unité de pression. Bien entendu l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation décrits ci-dessus et on peut y apporter des variantes de réalisation. Ainsi, la liaison lumineuse entre les sources de lumière et les récepteurs de lumière peut être établie par des fibres optiques. Les sources de lumière et les récepteurs de lumière peuvent être disposés du même côté de la membrane que la conduite de liaison à une pression variable. Il est possible d'introduire au niveau des moyens de traitement 15 un coefficient de correction des variations du module d'Young de la membrane en fonction de la température, rendant ainsi le capteur totalement indépendant de la température. REVENDICATIONS 1. Capteur de pression optoélectrique comportant une membrane flexible (1) portée par une embase (2), des moyens (3) pour soumettre une face de la membrane à une pression variable, une première source de lumière (4) dirigee vers la membrane (1), un premier récepteur de lumière (6-) dirigé vers la membrane selon une direction de réflexion sur la membrane (1) de la lumière provenant de la première source de lumière (4) et des moyens d'alimentation (13) de la première source de lumière (4), caractérisé en ce qu'il comporte une seconde source de lumière (8), un second récepteur de lumière (11),. des moyens (10) pour assurer une liaison lumineuse directe entre la premiere source de lumière (4) et le second récepteur de lumière (11), des moyens (9, 12) pour assurer une liaison lumineuse directe entre la seconde source de lumière (8) et les premier (6) et second (11) récepteurs de lumière, et des moyens (13) pour alimenter en alternance et de façon réglable la premiere (4) et la seconde (8) source de lumière. 2. Capteur conforme à la revendication 1, caracterise en ce que les moyens de liaison lumineuse (9, 10, 12) entre les sources de lumière (4, 8) et les récepteurs de lumière (6, 11) comprennent un bloc support (19) ayant une face (20) tournée vers la membrane (1) et comportant un premier canal d'admission de lumière (5) associé à la première source de lumière (4) et ayant un axe dirigé vers la membrane (1), un premier canal de réception de lumière (7) associé au premier récepteur de lumière (6) et ayant un axe dirige vers la membrane (1) et coplanaire à l'axe du premier canal d'admission de lumière (5), un second canal d'admission de lumière (25) débouchant transversalement dans le premier canal de réception de lumière (7), un second canal de réception de lumière (21) débouchant transversalement dans le premier canal d'admission de lumière (5) et un canal intermédiaire (23) débouchant transversalement dans le second canal d'admission de lumière (25) et le second canal de réception de lumière (21). 3. Capteur. conforme à la revendication 2, carac térisé en ce que le second canal d'admission de lumière (25) et le second canal de réception de lumière (21) comporte un rétrécissement (22, 24) et en ce que le canal intermédiaire (23) débouche au niveau de chaque rétrécissement. 4. Capteur conforme à la revendication 2 ou à la revendication 3, caractérise en ce que le canal intermédiaire (23) débouche dans des parois latérales du bloc support (19), une extrémité du côté du second canal de réception de lumière (21) étant obturée. 5. Capteur conforme à 1 'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce que la face (20) du bloc support tourné vers la membrane (1) comporte deux ouvertures calibrées (28, 29) qui coincident respectivement avec une extrémité du premier canal d'admission de lumière (5) et une extrémité du premier canal de réception de lumière (7). 6. Capteur conforme à la revendication 5, carac térisé en c'e que l'ouverture calibrée (28) du côté du premier canal d'admission de lumière (5) a une dimension supérieure à l'ouverture calibrée (29) du côté du premier canal de réception de lumière (7). 7. Capteur conforme à la revendication 5 ou à la revendication 6, caractérisé en ce que les ouvertures calibrées (28, 29) sont de forme rectangulaire et sont disposées transversalement à un plan contenant l'axe du premier canal d'admission de lumière (5) et du premier canal de réception de lumière (7). 8. Capteur conform-e à 1 'une des revendications 2 à 7, caractérisé en ce que le bloc support (19) comporte un axe de symétrie et en ce que le second canal d'admission de lumière (25) et le second canal de reception de lumière (21) sont disposes de façon symétrique par rapport à cet axe de symétrie. 9. Procédé'de mesure de la pression au moyen d'un capteur conforme à l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes suivantes - on eteint la première source de lumière (4) et on règle l 'intensité lumineuse de la seconde source de lumière (8) pour qu'un signal de sortie (I21) du premier récepteur de lumière (6) soit d'un niveau égal à une valeur de référence arbitraire, on mesure le niveau d'un signal de sbrtie (122) du secon-d récepteur de lumière (11), - on éteint la source de lumière (8) et on règle l'intensité lumineuse de la première source de lumière (4) jusqu'à ce que le signal de sortie (I12) du second recepteur de lumière (11) soit dans une proportion de référence arbitraire de la valeur mesurée (122) de ce même signal dans l 'étape précédente, - on mesure le niveau du signal de sortie (I11) du premier récepteur de lumière (6) lequel est représentatif de la pression à mesurer.