Brevet FR2590362A1 — publié le 19870522

Cette invention a pour objet des capteurs pour la commande de processus ou de machines, en particulier des capteurs qui mettent en service ou hors service un processus ou une machine. Les interrupteurs sont des dispositifs utilisés pour ouvrir et pour fermer un circuit électrique. L'art antérieur comporte de nombreux systèmes mécaniques, comme par exemple les interrupteurs à levier, les interrupteurs à couteau, les interrupteurs rotatifs, les commutateurs et les micro-commutateurs, tous systèmes dont le fonctionnement est lie à la mise en mouvement de pièces. L'art antérieur comporte également 1 o des interrupteurs électro-magnétiques et des mano-contacts. Les dispositifs de l'art antérieur comprennent généralement des pièces mobiles et ne sont pas simples. La présente invention a pour objet un capteur qui ne comporte pas de pièces mobiles, qui soit simple, et qui puisse être utilisé pour 1 5 commander des processus ou des machines. Pour atteindre cet objet, la présente invention prévoit un capteur comportant un transducteur capable de fournir un signal de sortie électrique dépendant de l'intensité de l'activité génératrice d'émission acoustique, un détecteur de niveau capable de mesurer le niveau du signal électrique qui correspond au niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique, un comparateur capable de comparer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique avec un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, le comparateur détectant des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique par rapport à un niveau supérieur ou inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, et produisant un signal. Le comparateur peut produire un changement de niveau de signal numérique ou un signal destiné à changer l'état d'un contact de relais. Le comparateur peut produire un signal qui soit un signal de mise en service ou de mise hors service, ou un signal qui indique que le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique a changé. Le transducteur peut être couplé acoustiquement au carter d'un appareil pour détecter des changements dans le niveau de l'activité generatrice d'émission acoustique dans ledit carter. Le capteur peut être monté dans un carter et y être couplé acoustiquement, il détecte les changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique dans le carter et produit un signal pour commander l'appareil; il peut être inclus hermétiquement dans une masse de metal ou d'un autre matériau approprié. Le détecteur de niveau peut mesurer le niveau quadratique moyen ou le niveau de crête de l'activité génératrice d'émission acoustique détectée par le transducteur. La présente invention prévoit en outre un clavier à touches 1o comportant un carter adapté pour recevoir une pluralité de tampons de touche, le carter formant un chemin d'atténuation accrue pour une activité génératrice d'émission acoustique, chaque tampon de touche étant acoustiquement couplé à un capteur respectif, chaque capteur comportant un transducteur adapté pour fournir un signal de sortie électrique dépendant de l'intensité de l'activité génératrice d'émission acoustique dans le tampon de touche correspondant, un détecteur de niveau adapté pour mesurer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique, un comparateur adapté pour comparer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, le comparateur détectant des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique par rapport à un niveau supérieur ou Inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, et produisant un signal. La présente invention prévoit également un procédé de commande d'un processus ou d'une machine comportant les étapes de: - détecter le niveau d'émission acoustique à partir d'une position remarquable du processus ou de la machine, - comparer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir de la position remarquable du processus ou de la machine à un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, - détecter des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir de la position remarquable du processus ou de la machine à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé de l'activité génératrice d'émission acoustique par rapport à un 3- niveau supérieur ou inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, lesdits changements produisant un signal pour commander le processus ou la machine. La présente invention prévoit en outre un procédé pour commander un processus ou une machine comportant les étapes de: - détecter le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'une position remarquable d'un premier processus ou d'une première machine, - comparer le niveau de l'activité génératrice d'émission l o acoustique à partir de la position remarquable du premier processus ou de la première machine à un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, détecter des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir de la position remarquable du premier processus ou de la première machine, à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique par rapport à un niveau supérieur ou inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émlsslon acoustique, lesdits changements produisant un signal pour commander un second processus ou une seconde machine. Le signal de commande du processus ou de la machine peut être un signal de mise en service ou de mise hors service. La présente invention va maintenant être décrite en détail, avec référence au dessin annexé, sur lequel la figure 1 représente schématiquement un capteur selon la présente invention. Le capteur I 0, représenté sur la figure 1, comporte un transducteur 14, un amplificateur 16, un détecteur de niveau 18 et un comparateur 20. Le transducteur est couplé acoustiquement à une machine 12, par exemple, et il détecte des ondes de choc, également connues comme émission acoustique ou émission acoustique secondaire, et convertit ces émissions acoustiques en signaux électriques. Les signaux électriques produits par les tranducteurs sont alors amplifiés par l'amplificateur et sont fournis au détecteur de niveau. Le détecteur de niveau analyse le signal amplifié pour détecter ou mesurer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique détecté par le transducteur. Le détecteur peut être un détecteur de niveau quadratique moyen ou un détecteur de niveau de crête. Le comparateur compare alors le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique telle qu'elle a été détectée par le détecteur de niveau a un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, le comparateur détecte des changements dans le niveau d'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'une valeur inférieure ou supérieure au niveau présent par rapport à une valeur supérieure ou inférieure, respectivement, au niveau prédéterminé, et envoie un signal à un organe de commande 22 pour la machine 12. L'activité génératrice d'émission acoustique détectée n'est pas du i o type de celle qui est engendrée par la propagation de craquelures et par des déformations plastiques, mais est du type engendrée par des Impacts, des frottements et des turbulences, en fait par tout processus qui engendre des phénomènes transitoires à ondes de choc à bande large. L'invention va maintenant être illustrée au moyen des exemples suivants, qui sont des exemples d'utilisation possible du capteur. Un choc entre deux objets engendre un phénomène transitoire d'ondes de choc à bande large; la bande de fréquences et l'amplitude de l'onde de choc dépendent des propriétés physiques des objets. Ces ondes de choc sont détectables dans de très nombreuses structures. Exemple I Le choc de deux objets entrant en contact peut être détecté par le biais de l'onde de choc qui en résulte. Le capteur peut être utilisé pour fournir un signal confirmant qu'un mécanisme s'est bloqué ou s'est totalement arrêté ou peut être utilisé pour établir les coordonnées d'un objet en enregistrant le choc d'une sonde. Exemple 2 La projection de sable, de grenaille, de gouttes ou de vapeur, par exemple, qui est utilisée pour nettoyer des objets, consiste en une rapide succession de chocs violents. Bien que ces chocs soient intentionnels, le capteur pourrait être utile pour détecter l'absence de matière de projection ou l'absence d'une pièce à travailler et enverrait un signal correspondant. Exemple 3 Des pièces ou morceaux de pièces produisent souvent des chocs par suite d'une chute due à la gravité, telles que, par exemple, des pièces de fixation tombant de machines ou de structures. Le capteur peut être utilisé pour indiquer qu'une pièce de fixation est tombée ou pour mettre la machine hors service. Exemple 4 Des morceaux de pièces de moteurs, de machines, sont souvent entraînés dans un flux de liquide, tels que, par exemple des morceaux de palier dans l'huile d'un système de lubrification, et les chocs de ces morceaux dans le carter du système de lubrification engendrent des ondes de choc. Le capteur pourrait être utilisé pour indiquer l'usure des paliers ou pour mettre la machine hors service si des niveaux d'ondes de 1 o choc excessifs étaient détectés. Des perturbations se produisant à l'intérieur d'un fluide peuvent engendrer des ondes de choc a bande large qui se propagent à travers le fluide et à l'intérieur des parois du récipient. Des ondes de choc à bande large peuvent être détectées grâce à l'utilisation d'un transducteur immergé ou, de façon plus adéquate, par l'utilisation d'un transducteur monté sur une surface sèche du récipient. Exemple 5 Des turbulences sont généralement engendrées à l'intérieur de flux de liquide et elles produisent des ondes de choc, le niveau de l'activité génératrice d'ondes de choc dépendant de chaque disposition particulière. Le capteur peut être utilisé pour détecter des turbulences excessives, une activité génératrice d'ondes de choc, dues à un débit d'écoulement excessif causé par une fuite située en aval ou par la deéfaillance d'une vanne, en vue de fermer et d'arrêter le système. De façon similaire, le capteur pourrait être utilisé pour détecter un débit d'écoulement insuffisant dans un système de réfrigération ou un système de lubrification, dO à une perte de liquide réfrigérant ou de liquide de lubrification, et pour interdire le fonctionnement. Cela serait utile pour les moteurs à combustion interne ou les turbines, etc. Exemple 6 Des ondes de choc transitoires sont engendrées par l'écrasement des bulles a l'intérieur d'un fluide, que les bulles soient dues à la cavitation, à l'ébullition ou à l'effervescence, et le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique dépend de chaque situation particulière. Un capteur pourrait être utilisé pour produire un signal lorsque les bulles provoquées par les processus mentionnés ci-dessus se forment, ou lorsqu'elles cessent de se former. Cela pourrait être applicable à des pompes o il se produit un phénomène de cavitation, et également dans des procédés de traitement chimiques et alimentaires. Outre la production de chaleur due à la friction, des ondes de choc à bande large sont également engendrées, qui représentent une part des pertes d'énergie. Le contact glissant entre deux surfaces solides est caractérisé par des processus de slip-stick, macroscopiques ou microcospiques, qui agissent chacun comme une source de phénomènes transitoires d'ondes de choc Exemple 7 Le glissement non intentionnel d'objets agrafes, soudés, liés, élingués, ou boulonnés, s'accompagne d'une activité génératrice d'ondes de choc à bande large. Un capteur pourrait être utilisé comme détecteur de glissement pour une main de robot. Exemple 8 Un système de lubrification est prévu pour minimaliser les dommages et les pertes frictionnelles. L'efficacité de la lubrification conditionne l'activité génératrice d'ondes de choc engendrée. Un capteur pourrait être utilisé dans tous types de machine et de moteur pour détecter l'activité génératrice d'ondes de choc excessives causées par un manque de lubrification et pour stopper la machine ou le moteur. Exemple 9 Beaucoup d'objets statiques ont un niveau d'activité génératrice d'ondes de choc faible, excepté lorsqu'ils sont manipulés physiquement. Les meubles, par exemple, dans un bâtiment de bureau inoccupé et dans les maisons ont une activité génératrice d'ondes de choc dues à l'environnement très faible. Un capteur pourrait être utilisé pour détecter la manipulation de portes, de tables de bureau, de secrétaires, etc. et pour produire un signal d'avertissement. Un capteur selon l'invention pourrait être utilisé comme Interrupteur, le transducteur pourrait être fixé au carter d'un objet ou d'un appareil domestique ou industriel. Le carter entier de l'objet jouerait le rôle d'un Interrupteur, le fait de toucher le carter créerait une onde de choc qui pourrait être détectée par le capteur et, si le niveau de l'activité génératrice d'onde de choc changeait aux environs du niveau préréglé, pourrait être utilisée pour mettre en service ou hors service l'objet domestique ou Industriel, ou être utilisée pour détecter une manipulation de l'objet. Un capteur fonctionnant manuellement pourrait être monte à l'intérieur d'un carter très robuste qui serait a l'épreuve d'actes de vandalisme et d'effractions. Si nécessaire, le capteur pourrait être scellé hermétiquement dans une masse de métal, par exemple. Un tel interrupteur n'aurait pas de pièces mobiles, et pourrait mettre en service un appareil par suite d'un simple frottement ou d'un simple choc. Il serait possible de former un clavier à touches comprenant une pluralité de tampons de touche, chacun d'entre eux étant connecté à un capteur respectif. Les tampons de touches pourraient être montés dans un carter robuste, dans lequel une atténuation accrue serait prévue entre les tampons de touches, par l'utilisation d'une désadaptation d'impédance ou d'un matériau d'amortissement destiné à réduire la transmission des ondes de choc entre les tampons de touches. Lorsqu'un tampon de touches est soumis à un frottement ou à un choc, une onde de choc est transmise au capteur respectif, qui peut avoir un niveau suffisant pour produire une action de commutation, mais l'onde de choc transmise à travers le carter aux tampons de touches adjacents et aux capteurs n'est pas suffisante pour causer une action de commutation. Un tel dispositif pourrait être utilisé comme machine à écrire ou, par exemple, comme clavier a touches pour distributeur de billets de banque automatique. Les capteurs pourraient être montés dans leurs tampons de touches respectifs et leur être couplés acoustiquement, et ils pourraient être scellés hermétiquement dans un tampon de touches métalliques ou fait de tout autre matériau adéquat. Tous les moyens mécaniques d'usinage du métal, c'est-à-dire le. fraisage, le perçage, le tournage, le meulage, le brochage et le polissage engendrent une activité génératrice d'ondes de choc à bande large. Le capteur peut être monté sur l'outil ou sur la pièce à travailler, ou sur le support de fixation qui maintient la pièce à travailler ou l'outil de façon que la pièce à travailler ou l'outil puisse être changé sans que le capteur n'en soit affecté. Exemple 10 Lorsque le processus d'usinage du métal commence, il se produit une augmentation brutale de l'activité génératrice d'ondes ce choc. Le capteur peut être utilisé pour reconnaitre ce changement, et pour produire un signal destiné à confirmer que la pièce à travailler est à l'intérieur des tolérances de démarrage. Exemple l I Le niveau de l'activité génératrice d'ondes de choc est rapporté au taux d'usinage du métal et une demande de découpe excessive provoquerait un niveau d'activité génératrice d'ondes de choc anormalement élevé. Le capteur pourrait être utilisé pour reconnaître ce phénomène et pour produire un signal destiné à arrêter le processus et ainsi pour prévenir les dommages que pourraient subir la machine, l'outil et la pièce à travailler. Exemple 12 Une usure d'outil excessive telle que celle qui produit une aggrégation et un signal clairement audible engendre également une activité génératrice crondes de choc à bande large accrue. Le capteur pourrait être utilisé pour reconnaître cette situation, pour stopper la machine et pour empêcher la pièce a travailler de subir plus de dommages. Exemple 13 La cassure d'une arête de découpe est caractérisée par une fracture très cassante qui est associée a un phénomène transitoire d'ondes de choc de très grande amplitude. Le capteur pourrait être utilisé pour détecter ce phénomène ou pour détecter la transition entre des niveaux d'activité génératrice d'ondes de choc avant cassure et après cassure, et pour stopper la machine. Un large éventail de processus industriels, d'implantations industrielles, de machines et d'équipements engendrent une activité génératrice d'émission acoustique pendant leur fonctionnement. Un capteur de mise en forme de signal peut être utilisé pour mettre en service ou pour mettre hors service une machine, un appareil, un processus dans le but de garantir que la machine ou le processus fonctionne à l'intérieur d'une plage de fonctionnement souhaitée. Un capteur peut également être utilisé pour mettre en service un second processus ou une seconde machine lorsque l'activité génératrice d'émission acoustique du premier processus ou de la première machine change à partir d'un niveau inférieur ou supérieur à un niveau préréglé par rapport à un niveau supérieur ou inférieur, respectivement, à l'activité génératrice d'émission acoustique préréglée. L'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être donnés, et elle peut être appliquée à toutes les situations o il se produit un changement dans le niveau d'une activité génératrice d'émission acoustique. Le capteur peut être utilisé pour engendrer un signal quand le comparateur détecte un changement dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'un niveau inférieur ou supérieur à un niveau préréglé par rapport à un niveau supérieur ou inférieur, respectivement, au niveau préréglé. Le signal émis par le capteur peut être utilisé pour mettre en service, ou pour mettre hors service, une machine, un appareil, un processus ou pour commander d'une autre manière une machine ou un processus ou pour indiquer qu'un point particulier d'un processus o d'un processus d'usinage a été atteint. Les ondes de choc à bande large engendrées par des processus sont toujours présentes et, dans beaucoup de cas, constituent des indicateurs très sensibles des variations du processus. Un capteur unique selon l'invention fournit un contrôle en temps réel d'une zone ou d'un volume appréciable. Le positionnement du capteur n'est pas critique puisque les ondes de choc se propagent à partir de leur source en direction du capteur. De ce fait, l'installation du capteur est aisée et, dans la plupart des cas, ne prend pas de place, puisque que le capteur peut être monté à l'extérieur et contrôler l'Intérieur de la machine. L'orientation du capteur est sans d'importance. Le capteur est géneralement simple et ne comporte pas de composants coûteux. I1l peut être nécessaire de positionner le capteur aussi acoustiquement proche que possible de la source des ondes de choc qui présentent un intérêt dans le cas o ces ondes de choc sont masquées par une autre source d'ondes de choc dominante, car l'utilisation d'une émission acoustique comme capteur n'est efficace que si la source qui présente de l'intérêt est dominante. Une autre méthode consisterait à analyser la sortie du capteur de façon différentielle par rapport à celle d'un second capteur positionné à proximité de la source d'ondes de choc concurrente. REVENDICATIONS I. Capteur comportant un transducteur (14) capable de fournir un signal de sortie électrique dépendant de l'intensité de l'activité génératrice d'émission acoustique, un détecteur de niveau capable de mesurer le niveau du signal électrique qui correspond au niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique, un comparateur (20) capable de comparer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique avec un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, le comparateur (20) détectant des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique par rapport à un niveau supérieur ou inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, et produisant un signal. 2. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur (20) produit un changement de niveau de signal numérique. 3. Capteur selon la revendication 1, caractérisé en ce que le comparateur (20) produit un signal destiné à changer l'état d'un contact de relais. 4. Capteur selon une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le comparateur (20) produit un signal qui est un signal de mise en service ou de mise hors service. 5. Capteur selon une des revendications I à 4, caractérisé en ce que le transducteur (14) est couplé acoustiquement au carter d'un appareil pour détecter des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique dans ledit carter. 6. Capteur selon une des revendications I à 4, caractérisé en ce que le capteur est monté dans un carter auquel il est couplé acoustiquement, le capteur détectant des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique dans le carter et produisant un signal pour commander l'appareil. 7. Capteur selon la revendication 6, caractérisé en ce que le capteur est inclus hermétiquement dans une masse de métal ou d'un autre matériau adéquat. 8. Capteur selon une des revendications I à 3, caractérisé en ce que le comparateur (20) produit un signal indiquant que le niveau d'activité génératrice d'émission acoustique a changé. 9. Capteur selon une des revendications I à 7, caractérisé en ce que le détecteur de niveau mesure le niveau quadratique moyen de l'activité génératrice d'émission acoustique détectée par le transducteur (14). 10. Capteur selon une des revendications I à 7, caractérlsé en ce que le détecteur de niveau mesure le niveau de crête de l'activité génératrice d'émission acoustique détectée par le transducteur (14). 1 0 1. Clavier à touches comportant un carter adapté pour recevoir une pluralité de tampons de touche, le carter formant un chemin d'atténuation accrue pour une activité génératrice d'émission acoustique, chaque tampon de touche étant acoustiquement couplé à un capteur respectif, chaque capteur comportant un transducteur (14) adapté pour fournir un signal de sortie électrique dépendant de l'Ilntensité de l'activité génératrice d'émission acoustique dans le tampon de touche correspondant, un détecteur de niveau adapté pour mesurer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique, un comparateur (20) adapté pour comparer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, le comparateur (20) détectant des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émisslon acoustique par rapport à un niveau supérieur ou inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, et produisant un signal. 12. Clavier à touches selon la revendication 11, caractérisé en ce que chaque capteur est monté dans son tampon de touches respectif auquel il est couplé acoustiquement. 13. Clavier à touches selon la revendication 12, caractérisé en ce que chaque capteur est inclus hermétiquement dans un tampon de touches fait d'une masse de métal ou d'un autre matériau adéquat. 14. Procédé de commande d'un processus ou d'une machine (12) comportant les étapes de: - détecter le niveau d'émission acoustique à partir d'une position remarquable du processus ou de la machine (12), - comparer le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir de la position remarquable du processus ou de la machine (12) à un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, - détecter des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir de la position remarquable du processus ou de la machine (12) à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé de l'activité génératrice d'émission acoustique par rapport à un niveau supérieur ou inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, lesdits changements produisant un signal pour commander le processus ou la machine (12). 15. Procédé de commande d'un processus ou d'une machine (12) comportant les étapes de: - détecter le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir d'une position remarquable d'un premier processus ou d'une première machine ( 12), - comparer le niveau de l'activité génératrice d'émlssion acoustique à partir de la position remarquable du premier processus ou de la première machine (12) à un niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, - détecter des changements dans le niveau de l'activité génératrice d'émission acoustique à partir de la position remarquable du premier processus ou de la première machine ( 12), à partir d'un niveau inférieur ou supérieur audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique par rapport à un niveau supérieur ou Inférieur, respectivement, audit niveau préréglé d'activité génératrice d'émission acoustique, lesdits changements produisant un signal pour commander un second processus ou une seconde machine (12). 16. Procédé de commande d'un processus ou d'une machine (12) selon la revendication 14, caractérisé en ce que le signal destiné à commander le processus ou la machine (12) est un signal de mise en service ou de mise hors service.