Brevet FR2626675A1 — publié le 19890804

SYSTEME DE MESURES COMBINEES DE VITESSE ET DE DIRECTION DU VENT Et AUTRE FLUIDE La présente invention concerne un dispositif- effectuant simultanément les mesures de la vitesse et de la direction du vent. La mesure des caractéristiques du vent s'effectue le plus souvent à l'aide de deux instruments séparés, la girouette qui donne la direction du vent, l,anémometre à coupelles qui en mesure la vitesse. On trouve aussi quelques dispositifs effectuant une mesure simultanée de ces deux variables mettant en oeuvre des techniques: d'effet Doppler de mesure de refroidissement de fil chaud de mesure des efforts exercés sur un corps placé dans le lit du vent a' l'aide de jauges de contrainte Ce sont des techniques couveuses, rserv à des domaines ou une haute précision est recherchée. L'objectif de 1 invention est de proposer un dispositi de precision moyenne, mais suffisante pour les marchés ce masse (équipement de bateaux de plaisance, de stations de météorologie locale). Le concept de base de 1 invention est simule l'invention met en oeuvre un anémomètre à coupelles, aéroayna- miquement dissymétrique qui accélère sa rotation dans le lit du vent et la freine dans le sens contraire. Un dispositif mesure la vitesse de rotation instantanée et la position courante de la partie dissymetrisue, pour n déduire la direction du vent. La figure 1-donne une idée générale du dispositif. La figure 2 représente le disque codant la position courante de l'équipage mobile de 1 anémomètre, par rapport à la partie fixe. La figure 3 représente la forme d'onde issue du capteur de position pour 2 différentes oonfigurations relatives de la direction du vent par rapport au capteur de position. La figure a représente l'électronique mise en jeu pour effectuer les mesures et en déduire les résultats. La figure 5 est une vue de dessus schematique de l'équipage mobile, détaillant la forme des coupelles. Sur la figure 1, un équipage mobile est composé d'un axe vertical 1 auquel sont reliées par des bras de 8 cm. trois coupelles 2,3,a de Q cm. de rayon. Les coupelles 2 et 3 sont des demi-sphères parfaites. La coupelle a a la forme d'une demi-spère dont le oet a té cabosse et repoussé vers le centre de la sphère. Les sphères 2,3,4 sont donc identiques sur le plan dynamique (meme inertie par rapport à l'axe 1) par contre la sphère 4 a un comportement aérodynamique différent. Quand elle est dans le lit du ven-t elle subit une poussée moindre que les demisphères 2 et 3; quand elle est dans le sens contraire du vent elle est plus freinée que 2 et 3. L'équipage tourne à raison de O à 10 tours/s. environ selon la force du vent. Naturellement la dissymétrie aérodynamique de l'équipage mobile pourrait être provoquée par d'autres formes des coupelles ou d'autres moyens (répartition non régulière des coupelles). Le disque 5 est également fixé sur l'axe 1. Comme le montre la Figure 2, il comporte des secteurs angulaires de taille identique, alternativement réfléchissants ou non, régulièrement disposés, sauf un secteur spécifique qui est d'une dimension différente (par exemPle, 2 fois plus petit) et permet de synchroniser la position de l'équipage mobile. Une cellule photoélectrique 6 travaillant en réflexion, placée à proximité du disque traduit le mouvement de rotation de l'ensemble -mécanique en un train d'impulsions de durée variable, dont la forme générale est fournie en la figure 3. D'autres capteurs peuvent également utilisés pour mesurer la position instantanée de l'équipage mobile: - cylindre comportant alternativement des zones réfléchissantes ou non et observé par réflexion. - dispositif optique travaillant par transmission au. travers d'un disque opaque percé de fentes, ou comportant des zones de transparence. - dispositifs magnétiques situés sur le disque mobile et induisant des tensions sur une bobine fixe, ou modifiant les caractéristiques d une magnetorésistance. On notera sur la figure 3, le motif de synchronisation 3 la phase de ralentissement 9 et la phase d'accélération 10. Un dispositif électronique 7 interpréte ce signal pour en déduire la force et la direction du vent. Il peut s'agir d'une réalisation à base de microprocesseur de type INTEL S051 la, de sa REPROM 16 contenant le programme et de sa RAM 17 associée. Tout autre microprocesseur ou toute autre réalisation cablée étant bien sur équivalente. Le microprocesseur îa reçoit sur un port d'entrée Il les impulsions, les mesure grace à sa base de temps à quartz 15, et pilote des afficheurs 12 et 13 affichant les résultants. L'algorithme de conversion de la vitesse de rotation des coupelles en la vitesse du vent est très simple puisqu'il suffit de compter le nombre d'impulsions envoyées pendant un temps donné et de lui faire correspondre à l'aide d'un tableau la valeur de la vitesse du vent. L'algorithne de recherche de la direction du vent est le suivant: - Au lancement du dispositif, ou à la remise en route de l'anémomètre après une Période de calme plat, le microprocesseur recherche le motif de synchronisation qui est une impulsion de forme spécifique (dans l'exemple de réalisatson elle est 2 fois plus fine que les autres impulsions). Tant qu il n'a pas trouvé ce motif, (vent Faible ou nul) il boucle sur cette recherche et l'indication de direction n'est pa val idée. - Quand il a détecté ce motir de syncnrorlisation, le processeur mesure (à l'aide de sa base de temPs interne) la durée de chacune des imPulsions, hautes ou osasses. a cellule étant placée, dans une orientaion bien déterminés par rapport à l'axe (par exemple au nord), le processeur sait en comptant les impulsions à partir du motif de synchronisation la pasi-- tion de chacun des secteurs mesurés par rapport à la rose des vents.Quand url tour complet de l'anémomètre à coupelles est accompli, le processeur recherche le rany de l'impulsion la plus large et celle de l'impulsion la plus étroite et détermine ainsi dans quel secteur l'accélération ou la dccé- lération a eu lieu, et par là même la direction du lit du vent. Il peut donc afficher alors la vitesse et la direction du vent, sur un afficheur LCD par exemple, OU traiter cette information pour d autres usages. Pour obtenir une meilleure précision dans la direction, en s'affranchissant des perturbations causées par des accélérations ou des déccélérations du vent, on peut effectuer ces traitements non pas après chaque tour mais en cumulant ces résultats sur plusieurs tours. Cette invention se généralise bien sur à la mesure de la vitesse et de la direction de tous fluides gazeux ou liquides. A toutes formes ou causes de dissymétrie des palettes de l'organe mobile. A tous moyens de mesure de la vitesse instantanée et de la position courante de l'équipage mobile. Au mécanisme de référence qui peut être ix ( point cardinal ou relatif (axe d'un mobile). Cette invention trouve son application dans: -la navigation -les systèmes de météorologie. REVENDICATIONS 1) Dispositif de mesures conjointes de la vitesse et de la direction du vent ou de tout autre fluide, caractérise en ce qu il comporte un anémomètre à yodets aérodynamiquement dissy- métrique dont la rotation s'accelère et se ralentit selon la position angulaire de l'équipage mobile dans le lit du vent. 2) Dispositif selon la revendication 1. caractérisé en ce qu il comporte un dispositif permettant la mesure de la vitesse instantanée et de la position angulaire de l'équipage mobile. 3) Dispositif selon la revendication 2 caractérisé en ce que la mesure de la vitesse instantanée de rotation, et de la position de l'équipage mobile, est effectuée au moyen d'un seul dispositif effectuant des mesures de position de l'équipage mobile, et dlune base de temps mesurant le temps mis pour un changement de position angulaire de valeur connue. 4) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce le dispositif de mesure de la position angulaire de l'équipage mobile est constitué d'un disque comportant des secteurs réguliers alternativement réPléchissants et non réfléchissants, un secteur d'une taille angulaire différente permettant de synchroniser la position absolue de l'équipage mobile, par rapport à la partie statique et d une cellule photoélectrique, travaillant par réflexion pour repérer lesdits secteurs. 5) Dispositif selon les revendications 1,2,3,4 comportant un microprocesseur traitant les impulsions générées par la cellule photoélectrique pour en déduire la force et la direction du fluide, l'afficher ou en faire tout autre usage. 6) Dispositif selon la revendication 3 caractérise en ce que la mesure de la position du disque mobile est effectuée au moyen d'un dispositif magnétique fixé sur le disque, et inui- sant une tension, ou modifiant les caractéristiques d'une magnetorèsistance fixe. 7) Dispositif selon la revendication 3 caractérisé en ce que la mesure de la Position du disque mobile est efrectue au moyen d'un dispositif optique opérant par transmission au travers d'un disque opaque comportant es zones de transparence régulièrement réparties. 8) Dispositif selon la revendication 1 caractérisé en ce que la dissymétrie aerodynamique est obtenue par des formes différentes des coupelles composant l'équipage mobile.