Brevet FR2608277A1 — publié le 19880617

APPAREIL POUR LA DETECTION DE RAYONNEMENTS OPTIQUES La présente invention concerne un appareil pour la détection de rayon- nements optiques, comprenant une tête réceptrice de rayonnements, un guide optique de ces rayonnements dont l'une des extrémités est connectée à ladite tête réceptrice et qui transmet les rayonnements de la tête réceptrice à un dispositif optique de détection comprenant un détecteur optique de rayonnements, une unité de traitement comportant un circuit électrique logé dans un bottier rigide et un connecteur d'accouplement monté sur ce boîtier et couplé de manière à recevoir le signal de sortie du détecteur optique de rayonnements. L'invention concerne plus spécifiquement, mais de manière non exclusive, un appareil optique de mesures pyrométriques. Les pyromètres optiques sont utilisés pour mesurer des températures élevées, telles que par exemple les températures à l'intérieur de moteurs à turbine à gaz ou de fourneaux. Les pyromètres optiques comportent une tête réceptrice de rayonnements, un détecteur de rayonnements qui produit un signal de sortie électrique, un préamplificateur pour amplifier le signal de sortie du détecteur et un dispositif pour graduer, comparer et calculer, à partir du signal de sortie préamplifié du détecteur, un signal de sortie permettant d'afficher une température, une donnée à mémoriser, la valeur d'une fonction à contrôler etc. Le détecteur de rayonnements peut être contenu à l'intérieur de la tête réceptrice qui fournit alors un signal électrique de sortie, mais on a avantage à monter le détecteur à distance et à interconnecter ce détecteur et la tête réceptrice par un guide de rayonnements flexible, tel qu'un câble à fibres optiques. De cette manière, le détecteur peut être monté à un endroit plus froid. Ces pyromètres à fibres optiques comportent de ce fait trois unités séparées: la tête pyrométrique, le détecteur et préamplifi cateur ou d'autres unités de conditionnement du signal et l'appareil utilisateur. La tête pyrométrique est connectée au détecteur par un câble à fibres optiques. Le détecteur est connecté à l'appareil d'utilisation par un câble électrique. D'autres appareils détecteurs de rayonnements optiques sont également divisés en trois unités interconnectées par câble. 2- 2608277 De tels appareils présentent de nombreux inconvénients. Le câble électrique et les connecteurs de raccordement du détecteur et de l'appareil utilisateur augmentent le poids total du pyromètre, en particulier lorsque le câble est blindé comme c'est habituellement le cas, par nécessité,.dans les applications aéronautiques. Le câble et les connecteurs peuvent également être sujets à des interférences électromagnétiques. Le détecteur doit également être serti, vissé ou fixé en place par un autre moyen, ce qui rend ces installations plus compliquées. La présente invention se propose de réaliser un appareil de détection de rayonnements optiques qui présente des avantages par rapport aux appareils de l'art antérieur. Selon un premier aspect de la présente invention, l'appareil pour la détection de rayonnements optiques est caractérisé en ce que le dispositif optique de détection comprend un boîtier rigide contenant le détecteur et un circuit de conditionnement du signal électrique ayant une sortie connectée au détecteur et une sortie connectée à un connecteur approprié monté sur le boîtier du dispositif de détection, et en ce que le connecteur du dispositif de détection est agencé pour s'accoupler au connecteur de l'unité de traitement, de sorte que le dispositif optique de détection puisse être couplé à l'unité de traitement sans interposition d'un quelconque câble entre les boîtiers respectifs. Le dispositif détecteur est de préférence fixé à l'unité de traitement uniquement par l'accouplement des connecteurs correspondants. Le boîtier du dispositif de détection présente de préférence une forme cylindrique. Le circuit électrique de conditionnement du signal peut comportei un amplificateur destiné à amplifier le signal de sortie du détecteur. Le guide de rayonnements optiques comporte de préférence un câble à fibres optiques. Les connecteurs sont avantageusement agencés pour former un bon contact thermique entre eux lorsqu'ils sont accouplés, de manière à faciliter l'équilibre des températures entre les deux boîtiers. Le connecteur du dispositif de détection peut être pourvu d'un flasque annulaire qui est en appui contre une surface du connecteur de l'unité de traitement de manière à réaliser un bon contact thermique entre les deux connecteurs. L'appareil comporte de préférence une unité de transfert thermique associée au boîtier -3- 2608277 de l'unité de traitement. Cette unité de transfert est avantageusement alimentée en liquide de refroidissement. La tête réceptrice peut être disposée en face des ailettes d'un moteur à turbine à gaz et l'unité de traitement fournit dans ce cas un signal de sortie lié à la température de ces ailettes. La présente invention sera mieux comprise en référence à la description d'une exemple de réalisation et du dessin annexé dans lequel la fig. I représnte un pyromètre optique installé dans un moteur à turbine à gaz, la fig. 2 représente une vue en coupe d'une partie de cet appareil, et la fig. 3 représente schématiquement les composants électroniques de cet appareil. En référence à la fig. 1, l'appareil pyrométrique comporte une tête pyrométrique I montée en face des ailettes 2 d'une turbine à gaz, un détecteur 3 connecté à la tête pyrométrique au moyen d'un câble 4 et une unité de traitement 5 qui reçoit les signaux de sortie du détecteur et qui fournit un signal lié à la température et à d'autres paramètres vers l'unité de commande 6 du moteur à turbine. La tête pyrométrique est de construction traditionnelle telle que décrite par exemple dans les publications britanniques N 215857 6A ou 15S9531, et comporte une lentille convergente 10 résistante à la chaleur, montée à l'arrière d'un tube d'observation 11. La lentille 10 focalise les rayonnements émis par les ailettes 2 qui pénètrent dans le tube d'observation 11 sur l'extrémité antérieure 40 d'un câble 4. Le câble 4 est un câble à fibres optiques, ou comportant un guide d'ondes équivalent; il est flexible de telle manière que la tête pyrométrique 1 et le détecteur 3 puissent être montés librement en des emplacements quelconques. Le câble 4 peut être blindé pour lui assurer une meilleure protection et sa longueur est suffisante pour permettre au détecteur 3 qui est raccordé à l'extrémité aval du câble d'être monté dans une zone plus froide. En référence à la fig. 2, le détecteur comporte un boîtier 30 de forme cylindrique constitué par une partie antérieure 31 et un connecteur arrière ou dispositif d'enfichage 32. La partie antérieure 31 comporte un manchon intérieur 33 soudé à l'extrémité arrière de l'extrémité du câble 41 et un manchon extérieur 34 dont l'extrémité antérieure prend appui sur un épaulement 35 du manchon intérieur et dont l'extrémité postérieure est couplée au dispositif d'enfichage 32. La longueur hors-tout du détecteur 3 est de 60 mm et son diamètre est de 20 mm. A l'intérieur de la partie antérieure 31 du détecteur 3 sont montées une ou plusieurs photodiodes 36 qui captent les rayonnements émis par l'extrémité aval 41 du câble 4. La photodiode 36 est montée sur le manchon intérieur 33 au moyen d'une bague de support 42 thermiquement isolante. Un élément à température autorégulée (non représenté) peut être monté à proximité de la photodiode pour permettre d'élever la température de cette dernière si cela est nécessaire. Le signal électrique de sortie de la photodiode 36 est transmis au circuit électrique 37 monté à l'intérieur du boîtier 30 qui est représenté plus en détail par la fig. 3. Le circuit 37 comporte un amplificateur 38 qui fournit une tension de sortie proportionnelle au courant de sortie de la photodiode 36. Cette tension est amplifiée par un gain d'étage 39. Un circuit 50 peut être incorporé pour éliminer les signaux produits paf des flammes produites à l'intérieur du moteur et qui ne sont pas à prendre en compte. En général, le circuit 37 effectue un conditionnement des signaux électriques de sortie de la photodiode 36 et les met dans une forme appropriée pour pouvoir être traités dans l'unité de traitement 5. Les signaux de sortie du circuit 37 sont transmis à travers les lignes 51 au connecteur 32 disposé à l'extrémité arrière du boîtier de détection 30. Le connecteur 32 est du type multifiche et comporte des fiches permettant l'alimentation en puissance électrique du circuit électrique 37 de conditionnement du signal. Le connecteur 32 comporte un flasque 43 s'étendant radialement qui est entouré par un anneau de verrouillage 44 extérieur et fileté. Le connecteur 32 du détecteur 3 est agencé pour s'accoupler directement avec un connecteur complémentaire 52 monté sur le boîtier 53 de l'unité de traitement 5. Le connecteur 52 comporte une surface plane (non représentée) contre laquelle s'appuie le flasque 43 du.connecteur 32 pour assurer un bon - - 2608277 contact thermique L'unité de traitement 5 contient des circuits électro- niques de traitements des signaux, portant la référence générale 54. Ces circuits sont connectés au connecteur 52 de manière à recevoir le signal de sortie conditionné de la photodiode 36 du détecteur 3. L'unité de traitement reçoit également les signaux d'entrée transmis par les lignes 56 reliées à différents capteurs et dispositifs de contrôle indiquant par exemple la vitesse, la température et la pression, et fournit un signal transmis à l'unité de commande 6 du moteur. L'unité de traitement 5 comporte une unité de transfert thermique 60 montée à l'intérieur du boîtier 53, qui est alimentée par un liquide tel que par exemple du carburant liquide, pour assurer un échange de chaleur et plus particulièrement un refroidissement de l'unité de traitement 5. Certaines méthodes de mesure optique de la température requièrent la comparaison des quantités de rayonnements pour deux longueurs d'ondes différentes. Dans ces dispositifs, le détecteur comporte deux photodiodes sensibles chacune à une des longueurs d'ondes. Les deux signaux de sortie produits peuvent soit être comparés directement par le circuit du détecteur 3, soit par l'unité de traitement 5. Le signal de sortie de l'unité de traitement 5 est transmis par un câble 57 à l'unité de commande 6 du moteur qui commande les différentes fonctions de ce moteur. Le signal de sortie de l'unité de traitement 5 peut additionnellement ou alternativement être transmis à un autre organe utilisateur 6' tel que par exemple un dispositif d'affichage ou un dispositif de mémorisation. Le dispositif de la présente invention, par le fait qu'il permet un accouplement direct du connecteur 32 du boîtier du détecteur 3 avec le connecteur 52 du boîtier 53 de l'unité de traitement 5, sans interposition d'aucun câble de liaison des deux boîtiers, aboutit à une réalisation particulièrement compacte qui est moins sujette aux bruits électriques ou à d'autres interférences électromagnétiques. En supprimant la nécessité d'utiliser un câble reliant les boîtiers du détecteur et de l'unité de traitement, le poids de l'appareil peut être réduit au minimum. Le détecteur est directement monté sur l'unité de traitement, ce qui facilite sa mise en place et son entretien. A cet effet, les deux connecteurs complémentaires du détecteur et de l'unité de traitement peuvent être du type à verrouillage pour permettre de supporter directement le détecteur 3. - 6 2608277 Du fait que les connecteurs 32 et 52 ont un tres bon contact thermique grâce au flasque 43, un réchauffement extérieur du détecteur 3 peut être dissipé efficacement à travers le boîtier 53 de l'unité de traitement 5 et au moyen de l'échangeur de chaleur 60. Ceci réduit le risque d'une surchauffe de la photodiode 36, ce risque étant également réduit par la bague d'isolation thermique 42. Du fait que l'appareil est utilisé dans une zone dont la température est inférieure à la température optimale de la photodiode 36, l'échangeur de chaleur 60 peut également être utilisé pour augmenter la température du détecteur 3 et un élément de chauffage (non représenté) pour augmenter directement la température de la photo- diode 36. Dans des environnements extrêmes, la température du détecteur 3 peut être maintenue stable au moyen d'un écran protecteur monté autour du détecteur, séparé du manchon extérieur 34 par des orifices de ventilation. Ceci est particulièrement utile lorsque le détecteur est monté dans un courant de gaz en circulation ayant des températures extrêmes. 7- Revendications 1. Appareil pour la détection de rayonnements optiques, comportant une tête réceptrice de rayonnements, un guide optique de ces rayonnements dont l'une des extrémités est connectée à ladite tête réceptrice et qui transmet les rayonnements de la tête réceptrice à un dispositif optique de détection comprenant un détecteur optique de rayonnements, une unité de traitement comportant un circuit électrique logé dans un boîtier rigide et un connecteur d'accouplement monté sur ce- boîtier et couplé de manière à recevoir le signal de sortie du détecteur optique de rayonnements, caractérisé en ce que le dispositif optique de détection (3) comprend un boîtier rigide (30) contenant le détecteur (36) et un circuit (37) de conditionnement du signal électrique ayant une sortie connectée au détecteur (36) et une sortie connectée à un connecteur approprié (32) monté sur le boîtier (30) du dispositif de détection, et en ce que le connecteur (32) du dispositif de détection (3) est agencé pour s'accoupler au connecteur (52) de l'unité de traitement (5) de sorte que le dispositif optique de détection (3) puisse être couplé à l'unité de traitement (5) sans interposition d'un quelconque câble entre les bottiers respectifs. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif détecteur (3) est fixé à l'unité de traitement (5) uniquement par l'accouplement des connecteurs correspondants (32 et 52). 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications I ou 2, caractérisé en ce que le boîtier (30) du dispositif de détection (3) présente une forme cylindrique. 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le circuit électrique de conditionnement du signal (37). comporte un amplificateur (38, 39) qui amplifie le signal de sortie du détecteur (36). 5. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le guide de rayonnements optiques comporte un câble à fibres optiques (4). 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les connecteurs (32 et 52) sont agencés pour former un bon contact thermique entre eux lorsqu'ils sont accouplés, de manière à faciliter l'équilibre des températures entre les deux boîtiers (3.0 et 53) . 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que le connecteur (32) du dispositif de détection (3) est pourvu d'un flasque annulaire qui est en appui contre une surface du connecteur (52) de l'unité de traitement (5) de manière à réaliser un bon contact thermique entre les deux connecteurs (32 et 52). 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce qu'il comporte une unité de transfert thermique (60) associée au boîtier (53) de l'unité de traitement (5). 9. Appareil selon la revendication 8, caractérisé en ce que l'unité de transfert (60) est alimentée en liquide de refroidissement. 10. Appareil selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que la tête réceptrice (1) est disposée en face des ailettes (2) d'un moteur à turbine à gaz et en ce que l'unité de traitement (5) fournit un signal de sortie lié à la température de ces ailettes.