Brevet FR2584183A1 — publié le 19870102

La présente invention concerne une installation de jaugeage destinée à la mesure d'une quantité de liquide contenue dans un réservoir dans lequel existe une inter- face liquide-gaz ou liquide-vapeur, l'installation comprenant un ensemble transducteur ultrasonore qui émet des impulsions d'énergie acoustique vers le haut, à travers le liquide, et qui reçoit l'impulsion réfléchie par l'interface et qui est placé à la base du réservoir dans un tube vertical ou "puits de jaugeage" ayant des trous pour le passage du liquide, un appareil de mesure de la Vitesse du son dans le liquide sur une distance de référence, un circuit de comptage d'impulsions connecté afin qu'il mesure l'inter- valle de temps compris entre l'émission et la détection d'une impulsion, et un microprocesseur destiné à calculer la quantité de liquide d'après l'intervalle de temps. Des installations de mesure de niveau à commande électronique qui projettent des impulsions ultrasonores provenant d'une source d'énergie ultrasonore vers la surface d'un liquide placé dans un réservoir et mesurent le temps qu'il faut à l'énergie réfléchie pour atteindre un capteur d'énergie ultrasonore, sont déjà bien connues. Par exemple, une telle installation, destinée au réglage du remplissage d'un récipient, est décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 437 497. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 229 798 décrit une installation analogue ayant un transducteur ultrasonore placé à la base d'un réservoir et qui émet une impulsion d'énergie acoustique en direction verticale ascendante et détecte l'impulsion lorsqu'elle a été réfléchie par l'interface liquide-air ou liquide-autre gaz formée dans le réservoir. Le transducteur est monté dans un tube vertical ayant des trous pour le passage du fluide et com- porte un circuit de comptage d'impulsions destiné à mesurer l'intervalle compris entre l'émission et la détection de l'impulsion; un microprocesseur est destiné à calculer le volume du liquide d'après la hauteur verticale et un dispositif de sortie affiche les données de volume. Le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 551 719 décrit une installation à microprocesseur mettant en oeuvre un transducteur ultrasonore placé à la partie supérieure d'un réservoir et destiné à mesurer le niveau du liquide dans le réservoir, un réflecteur fixe placé à une distance prédéterminée du transducteur ultrasonore jouant le rôle d'une source de données de référence pour la vitesse varia- ble des ondes sonores dans la vapeur se trouvant au-dessus du niveau du liquide. Cependant, les installations de mesure ultrasonores sont difficiles à réaliser d'une manière sûre avec le type connu de câblage électrique nécessaire pour la con- nexion de chaque capteur à l'appareil électronique de commande. Le câblage présente des risques d'incendie lorsque les capteurs sont montés à l'intérieur du réservoir et présente d'autres difficultés dans le cas de capteurs externes surtout dans le cas des réservoirs d'ailes d'un aéronef et compte tenu des effets imprévisibles des éclairs. Même lors de l'utilisation d'une installation optique de mesure de liquide, par exemple telle que décrite dans le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 3 995 168, des connexions électriques sont utilisées pour la transmission de résultats tirés d'indicateurs optiques de niveau placés à l'intérieur du réservoir et transmis à des circuits de sommation et à des indicateurs de niveau. Le problème qui doit être résolu selon l'invention est la réalisation d'une installation de jaugeage de liquide dans laquelle les risques d'incendie dus à l'utilisation de connexions électriques sont éliminés ou au moins réduits par rapport aux installations connues. Ce problème est résolu par mise en oeuvre d'un ensemble détecteur contenant le circuit de comptage d'impul- sions et le microprocesseur, et connecté à l'ensemble transducteur ultrasonore par des fibres optiques, l'ensemble détecteur comprenant en outre un ensemble (38) ayant une source d'énergie optique et contenant une source lumineuse dont la lumière est transmise par l'une des fibres optiques au dispositif photodétecteur placé dans l'ensemble à trans- ducteur ultrasonore, le dispositif photodétecteur étant destiné à transformer la lumière en énergie électrique afin qu'il commande un émetteur ultrasonore, l'ensemble transducteur ultrasonore comprenant une diode photoémissive excitée par un récepteur ultrasonore et destinée à trans- m-ttre de la lumière à un détecteur optique placé dans l'ensemble détecteur, par l'intermédiaire de l'une des fibres optiques, le détecteur optique étant connecté élec- triquement au circuit de comptage d'impulsions et au micro- processeur. De préférence, l'ensemble transducteur ultrasonore a un circuit à photodétecteur et condensateur destiné à piloter un circuit oscillateur qui commande l'émetteur ultrasonore, un circuit de déclenchement connecté au détec- teur et destiné à exciter le circuit oscillateur et à provo- quer l'émission d'une salve d'énergie acoustique pendant un temps spécifié par l'émetteur ultrasonore, et la diode photoémissive est connectée par l'intermédiaire d'un amplifi- cateur et d'un convertisseur tension-courant au récepteur ultrasonore. D'autres caractéristiques et avantages d'une instal- lation de jaugeage selon l'invention seront mieux compris à la lecture de la description qui va suivre d'exemples de réalisation, faite en référence aux dessins annexés sur lesquels: la figure 1 est un schéma d'une installation de jaugeage selon l'invention; la figure 2 est un schéma d'un circuit d'alimentation optique destiné à être utilisé dans l'installation de jau- geage de la figure 1; la figure 3 est un schéma d'un circuit émetteur et de déclenchement destiné à être utilisé dans l'installa- tlon de jaugeage de la figure 1; et la figure 4 est un schéma d'un circuit récepteur destiné à l'installation de jaugeage de la figure 1. Le mode de réalisation d'installation de jaugeage représenté sur la figure 1 comprend un ou plusieurs réser- voirs 12 qui contiennent du carburant ou un autre liquide, ayant une interface 250 entre le liquide et l'air (ou un autre gaz), et un ou plusieurs puits 20 et 41 de jaugeage (deux de préférence comme représenté afin qu'une certaine redondance donne une bonne sécurité), ces puits dépassant du fond du réservoir 12 vers le haut. Le "puits de jaugeage" est un tube destiné à limiter les déplacements du liquide. A la partie inférieure de chaque puits de jaugeage, un ensemble transducteur ultrasonore 30, 40 contient des élé- ments de l'installation de jaugeage selon l'invention ainsi qu'une combinaison d'un émetteur et d'un récepteur ultraso- nores émet des impulsions d'énergie acoustique en direction verticale ascendante et détecte l'impulsion lorsqu'elle a été réfléchie par l'interface 250. Chaque puits de jaugeage a des trous 252 de circulation du liquide. Un ensemble détecteur repéré par le trait interrompu 14 est relié aux ensembles transducteurs ultrasonores 30 et 40 par des câbles optiques et contiennent des éléments de circuit comprenant un démultiplexeur 74, un circuit 76 de conformation de signaux, une alimentation 94 (elle- même alimentée par l'alimentation principale 98 de l'aéronef), un microprocesseur 82 (unité centrale de traitement et mémoire), et une interface 88 de données connectée à un indicateur 92. Ces éléments de circuit électrique sont connectés par des lignes respectives 78, 80, 84, 86, 90, 96 et 100. L'installation de jaugeage selon l'invention comporte un ensemble formant une source d'énergie optique, indiquée par le trait interrompu 38 sur la figure 2. Cet ensemble 38 fait partie de l'ensemble détecteur indiqué dans le cadre en trait interrompu 14 et il est donc placé en dehors des ensembles transducteurs ultrasonores 30 et 40. L'alimen- tation 94 est connectée à une ampoule lumineuse 104 (qui peut être par exemple de 10 W environ) par une ligne 106. La lumière 107 de l'ampoule 104 passe dans une lentille 108 et parvient sur les extrémités 110 d'un faisceau de fibres optiques. Les fibres optiques 36, 46 et 56 sont placées entre les extrémités 110 et des photodiodes 120 et 122 placées dans les ensembles transducteurs ultrasonores , 40 respectivement. La fibre optique 56 est placée entre l'extrémité 110 et la photodiode 123 placée dans un troisième ensemble transducteur ultrasonore 50 décrit dans la suite comme faisant partie d'un mode de réalisation préféré d'appa- reil de mesure de vitesse. Les photodiodes 120, 122 et 123 sont connectées en série à la masse par une ligne 126. Les photodiodes 120, 122 et 123 sont connectées en parallèles avec un condensateur 128 par des lignes 134 et 132, et le condensateur 128 est connecté à la masse par une ligne 130. La ligne 134 trans,-.et la tension +V du condensateur 128 afin qu'elle transmette de l'énergie au: circuits émetteur et récepteur acoustiques placés dans l'ensemble transducteur ultrasonore. La figure 3 représente un circuit avantageux d'émet- teur acoustique. La figure 4 représente un circuit avantageux de récepteur acoustique. Comme l'indique la figure 3 et dans le cas o la photodiode 120 est prise comme exemple de mise en oeuvre et de fonctionnement des trois photodiodes 120, 122 et 123, la diode 120 est connectée à un commutateur 140 commandé optiquement, par une ligne 142. Ce commutateur 140 est connecté à un thyristor 144 par une ligne 146 afin qu'un circuit de déclenchement et d'excitation d'émetteur soit formé. Ce circuit est mis à la masse par l'intermédiaire d'une résistance 172 et d'un condensateur 178 par des lignes 174, 180 et 182 et il est connecté au commutateur 140 par la ligne 184 et, en parallèle avec le thyristor 144, par la ligne 176. Le thyristor 144 est relié à un commutateur 148 capable de transmettre un courant d'intensité élevée, par une ligne 150, ce commutateur étant monté en parallèle par les lignes 166 et 154, par rapport à un circuit oscil- lateur piloté par l'intermédiaire d'une résistance 170 par la source de tension +V formée par le condensateur 128. 2 5 8 4 1 83 Le circuit oscillateur comprend un condensateur 156 et une bobine 160 d'induction qui est connectée en parallèle avec l'émetteur ultrasonore 152 par des lignes 162, 164 et 158 et qui est connecté à la masse. Le commutateur 140 à commande optique est aussi connecté par une ligne 186 à un ensemble 188 de référence de tension tel que représenté sur la figure 4; le circuit amplificateur du récepteur acoustique 194 est aussi repré- senté sur cette figure. L'ensemble 188 est connecté par une ligne 192 à un limiteur-amplificateur 190 qui reçoit un courant du récepteur 194 en parallèle avec une bobine d'induction 200, par l'intermédiaire de lignes 196 et 198. Le limiteur--amplificateur 190 qui est piloté par la source de tension +V par l'intermédiaire de la ligne 210, est connecté par une ligne 104 à un convertisseur tension- courant 202 qui est aussi commandé par la source d'énergie +V par la canalisation 108. Une diode photoémissive infra- rouge 212 reçoit le signal de sortie du convertisseur 202 par une ligne 214. La lumière de la diode photoémissive infrarouge 212 est transmise par un câble à fibres optiques (figures 1 et 2) à l'un des détecteurs optiques 34 placés dans l'ensemble détecteur indiqué dans le cadre en trait interrompu 14. Des impulsions acoustiques sont créées par l'ensemble transducteur 40 de la même manière que celles qui sont émises par l'ensemble transducteur 30 et elles sont trans- mises par un câble 42 à fibres optiques à un autre des détecteurs optiques 34 afin qu'une certaine redondance soit obtenue, le cas échéant. Les détecteurs optiques 34 sont connectés par des conducteurs électriques 70, 71 et 72 au démultiplexeur 74 de l'ensemble détecteur. Un appareil avantageux de mesure de vitesse comprend le troisième ensemble conducteur ultrasonore 50 représenté sur la figure 1. Un tube 51 analogue aux puits verticaux de jaugeage 20 et 41 mais recouvert d'un réflecteur plat 57 est placé horizontalement dans le réservoir 12, l'ensemble transducteur 50 étant placé à sa base. Le réflecteur 57 est à une distance déterminée de l'ensemble transducteur 50. Les impulsions acoustiques créées de la même manière que celles qui sont émises par les ensembles transduc- teurs ultrasonores 30 et 40 mais à l'aide du signal de sortie de la photodiode 123, sont réfléchies par la plaque 57 et non par l'interface 250 du liquide et de l'air (ou d'un autre gaz ou d'une vapeur), afin que des données de vitesse de référence soient formées et transmises par un câble 42 à fibres optiques à un troisième détecteur optique 34. Les ensembles transducteurs ultrasonores 30, 40 et 50 sont de préférence montés dans des cavités formées dans la partie inférieure d'un réservoir d'ailes d'aéronefs afin qu'ils puissent être facilement retirés et remplacés. Les fibres optiques peuvent être montées à l'intérieur du réservoir et disposées dans la cavité. L'énergie électrique transmise à chaque ensemble transducteur peut être sous forme d'une impulsion de 1 ms destinée à exciter le circuit oscillateur, suivie d'une salve courte a 1 MHz (ayant de préférence 10 impulsions environ) afin que l'émetteur ultrasonore soit piloté. Le récepteur ultrasonore détecte le signal acoustique réfléchi une fraction de milliseconde après et le transforme en lumière avant transmission par le câble à fibres optiques vers le multiplexeur. L'énergie dissipée par chaque ensemble transducteur a une valeur de crête d'environ 200 mW pour des cycles d'émission et de réception de 10 microsecondes. Le cycle peut être activé une fois toutes les 200 ms environ. Bien entendu, diverses modifications peuvent être apportées par l'homme de l'art aux installations qui viennent d'être décrites uniquement à titre d'exemples non limitatifs sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Installation de jaugeage destinée à la mesure de la quantité de liquide présent dans un réservoir, avec une interface entre le liquide et un gaz ou une vapeur, l'installation comprenant un ensemble transducteur ultrasonore (30, 40) qui émet des impulsions d'énergie acoustique vers le haut à travers le liquide et reçoit des impulsions lorsqu'elles ont été réfléchies par l'interface et qui est placé à la base du réservoir (12) dans un tube vertical ou un puits de jaugeage (20, 41) ayant des trous (252) de circulation du liquide, un appareil (50, 51) de mesure de vitesse du son dans le liquide sur une distance de réfé- rence, cet appareil étant placé dans une paroi du réservoir, un circuit de comptage d'impulsions connecté afin qu'il mesure l'intervalle de temps compris entre l'émission et la détection d'une impulsion donnée, et un microprocesseur (82) destiné à calculer la quantité de liquide présent dans le réservoir d'après l'intervalle de temps ainsi mesuré, caractérisé en ce qu'elle comprend un ensemble détecteur (14) contenant le circuit de comptage d'impulsions et le micro- processeur (82) et connecté à l'ensemble transducteur ultra- sonore (30,40) par des fibres optiques, l'ensemble détecteur comprenant en outre un ensemble (38) formant une source d'énergie optique, contenant une source lumineuse (104) dont la lumière est transmise par l'une des fibres optiques au dispositif photodétecteur (120, 122) compris dans l'en- semble transducteur ultrasonore (30, 40), le dispositif photodétecteur ayant pour rôle de transformer la lumière en énergie électrique de commande d'un émetteur ultrasonore, l'ensemble transducteur ultrasonore (30,40) comprenant une diode photoémissive (212) commandée par un récepteur ultrasonore transmettant la lumière à un détecteur optique (34) incorporé à l'ensemble détecteur (14) par l'intermé- diaire de l'une des fibres optiques (32, 42), le détecteur optique (32, 34) étant connecté électriquement au circuit de comptage d'impulsions (14) et au microprocesseur (82). 2. Installation selon la revendication 1, caracté- risée en ce que l'ensemble transducteur ultrasonore (30, ) comporte un circuit à photodétecteur et condensateur transmettant une tension de pilotage d'un circuit oscilla- teur (156, 160) destiné à commander l'émetteur ultrasonore, un circuit de déclenchement (144) connecté au photorlête- teur et destiné à commander le circuit oscillateur (136, ) et à provoquer l'émission par l'émetteur ultrasoncre d'une salve d'énergie acoustique pendant un temps spécifié, et une diode photoémissive (212) est connectée par un ampli- ficateur et un convertisseur tension-courant (202) au récep- teur ultrasonore (figure 4). 3. Installation selon l'une des revendications I et 2, caract'risee en ce que le vélccimètre (figua -: comporte un ensemble transducteur ultrasonore supplémentaire (50) qui émet de l'énergie acoustique vers un réflecteur (57) placé à une distance déterminée de l'ensemble trans- ducteur. 4. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 3, caractérisée en ce qu'ellecomporte un dispo- sitif (92) d'affichage de données de volume. 5. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 4, caractérisée par un circuit à condensateur destiné à transformer la lumière reçue par le photodétecteur en énergie électrique, et connecté à une source de tension (V+). 6. Installation selon la revendication 5, caracté- risée en ce qu'elle comprend un circuit oscillateur piloté par la source de tension (V+) et destiné à exciter l'émetteur ultrasonore. 7. Installation selon l'une quelconque des revendi- cations 1 à 5, caractérisée en ce que le réservoir (12) comporte deux ensembles transducteurs ultrasonores (30, ).