Brevet FR2651567A1 — publié le 19910308

DISPOSITIF DE DETERMINATION DE LA CARTE TOPOGRAPHIQUE DE LA SURFACE DE CHARGEMENT DeUN FOUR ACUVE A.............................................-..-........................ I.........................DTD: La présente invention concerne un dispositif de détermination de la carte topographique de la surface de chargement d'un four à cuve à l'aide d'une sonde radar montée dans la paroi du four au-dessus de la surface de chargement. Il est connu d'utiliser des sondes radar pour déterminer le profil de la surface de chargement d'un four à cuve afin de mieux contrôler la marche de celui- ci et pour optimaliser la configuration du chargement. Pour être intéressantes, ces sondes doivent permettre une mesure aussi précise que possible dans un minimum de temps. Une sonde connue est p.ex. celle décrite dans le document EP-AI-0 291 757. Ce document décrit une sonde radar qui est montée à l'extrémité d'un bras introduit horizontalement dans le four au-dessus de la surface de chargement. Cette sonde à l'avantage de pouvoir basculer suivant deux directions opposées et de fournir, suivant la densité des positions de mesure, une image assez représentative de toute la surface de chargement. L'inconvénient de cette sonde est que le chargement doit être interrompu, non seulement pendant la durée de la mesure, mais également pendant l'introduction et le retrait du bras de la sonde. Cette sonde nécessite également une structure mécanique relativement importante. Un autre inconvénient de cette sonde, est qu'elle se trouve relativement près de la surface de chargement et que les faisceaux radar, notamment ceux dirigés vers la périphérie effleurent la surface sous un angle très aigu, ce qui rend difficile le dépouillement des résultats des mesures. Une autre sonde radar connue est celle décrite dans le brevet US 4,332, 374. L'antenne de cette sonde radar est montée dans un hublot de la paroi oblique du four au-dessus de la surface de chargement, sur un support déplaçable verticalement. L'avantage de cette sonde est qu'elle est un peu plus éloignée de la surface de chargement que la sonde précédente et que les faisceaux radar sont moins obliques par rapport à la sonde précitée. Bien que l'antenne puisse être animée d'un mouvement de rotation autour de son axe vertical de suspension et déterminer ainsi par plusieurs mesures successives, le profil de chargement suivant une ligne circulaire de balayage, elle ne permet pas de sonder toute la surface de chargement. Pour pouvoir le faire, elle devrait pouvoir balayer la surface suivant deux directions perpendiculaires. Or, un balayage mécanique bidimensionnel de la surface de chargement n'est pas pensable à cause de la nécessité d'une grande ouverture dans la paroi oblique épaisse de la paroi du four, associée à une fenêtre transparente aux micro-ondes. En effet, une telle fenêtre réduirait trop la résistance mécanique de la paroi et serait difficile à nettoyer. Par contre, cette sonde à l'avantage de se contenter d'une mécanique relativement simple. Le but de la présente invention est de prévoir un nouveau dispositif pour déterminer rapidement la carte topographique complète de la surface de chargement du four à cuve. Pour atteindre cet objectif, la présente invention propose un dispositif de détermination de la carte topographique de la surface de chargement d'un four à cuve à l'aide d'une sonde radar montée dans la paroi du four au-dessus de la surface de chargement, caractérisé en ce que la sonde est conçue pour effectuer un balayage bidimensionnel de la surface de chargement et en ce qu'elle comporte plusieurs antennes & balayage électronique. Selon un premier mode de réalisation, les antennes sont disposées en ligne et sont balayées électroniquement, tandis que le support des antennes est pivotable perpendiculairement à la ligne de balayage électronique. Cette antenne permet par conséquent un balayage complet de la surface de chargement par un balayage de mécanique suivant une direction et un balayage électronique suivant l'autre direction. Le montage de cette sonde peut être analogue à celui décrit dans le brevet US 4,332,374. Selon un autre mode de réalisation, les antennes de la sonde sont arrangées suivant une grille en rangées et colonnes à balayage entièrement électronique. Ce mode d'exécution à l'avantage d'un sondage quasiment instantané de la surface totale de chargement. Un autre avantage est celui de ne plus nécessiter d'éléments mécaniques de balayage, même si l'électronique nécessaire au balayage électronique doit être légèrement plus sophistiquée. Les deux modes de réalisation du dispositif proposé par l'invention ont l'avantage par rapport aux sondes existantes qu'elles sont beaucoup plus rapides pour obtenir des mesures de la surface totale de chargement et sans devoir interrompre le chargement pour effectuer le sondage. Les deux modes de réalisation se contentent, en outre, d'une fenêtre relativement petite dans la paroi oblique du four. D'autres particularités et caractéristiques ressortiront de la description détaillée de quelques modes de réalisation avantageux présentés ci-dessous, à titre d'illustration, en référence aux dessins annexés dans lesquels: la fig. 1 montre une vue schématique d'une section à travers un four à cuve avec un premier mode de réalisation d'un dispositif selon la présente invention; la fig. la montre schématiquement la sonde radar utilisée dans le premier mode de réalisation et la fig. 2 représente un schéma en bloc d'une sonde radar à balayage entièrement électronique. La fig. 1 montre schématiquement un four à cuve 10 avec de la matière de chargement 12 dont il s'agit de dresser la carte topographique de la surface 14. A cet effet, on utilise une sonde radar qui est montée dans la partie oblique de la paroi 16 du four. Le montage de la sonde 18 peut être identique à celui décrit dans le brevet US 4,332,374, c.à.d. que la sonde est déplaçable verticalement à travers un hublot 20 aussi étroit que possible et que la sonde peut tourner autour d'un axe vertical à l'aide de moyens appropriés pour effectuer un balayage mécanique à une dimension de la surface de chargement 14. Au lieu d'être vertical, le hublot 20 à travers lequel l'antenne 18 pénètre dans le four pourrait également être incliné. La profondeur de pénétration de l'antenne dans le four doit simplement être suffisante pour dépasser tout obstacle et avoir une vue d'ensemble de la surface de chargement 14. Contrairement aux sondes radar connues qui comportent, toutes, des antennes uniques, la sonde proposée par la présente invention comporte une antenne composite 22 constituée d'une série p.ex. 4 antennes individuelles 22a, 22b, 22c, 22d, associées à un système de déphasage 24. Ces antennes individuelles 22a - 22d sont alignées suivant une direction qui est perpendiculaire & la direction du balayage mécanique de la sonde 18. Par exemple, si les antennes individuelles 22a - 22d sont disposees dans le plan de coupe de la fig. 1, le balayage mécanique de la sonde 18 à lieu perpendiculairement au plan de la fig. 1. Par le contrôle et la commande du déphasage relatif et de l'amplitude du faisceau de micro- ondes émis par chacune des antennes 22a - 22d, chacun des faisceaux peut être dirigé exactement et de manière contrôlée et programmée, c.à.d. que l'arrangement permet un balayage électronique dans le plan vertical des axes des antennes individuelles 22a - 22d. Les antennes individuelles 22a - 22d peuvent être constituées sous forme de guides d'onde ouverts ou de petits cornets rayonnants montés dans une gaine de protection. L'utilisation de petites antennes individuelles procure, en plus, une certaine flexibilité pour la disposition et l'arrangement géométrique qui rend la sonde compatible avec la place disponible et les conditions d'environnement extrêmement sévères à cet endroit du four à cuve. La fig. 2 illustre schématiquement un mode de réalisation à balayage entièrement électronique. Il n'est donc plus nécessaire de monter la sonde de manière à pouvoir effectuer un balayage mécanique et il suffit de prévoir un support permettant la pénétration de l'antenne à travers un hublot comme le hublot 20 de la fig. I afin que l'antenne puisse effectuer le balayage de la surface de chargement et pour qu'elle puisse être retirée de sa position de balayage pour ne pas être exposée aux conditions à l'intérieur du four. Conformément au mode de réalisation de la fig. 2, l'antenne 26 de la sonde radar est constituée d'un certain nombre d'antennes individuelles 26i qui sont arrangées suivant une matrice m x n, ou grille à m colonnes et n rangées d'antennes individuelles 26i. Dans l'exemple représenté, l'antenne 26 est constituée de 16 antennes individuelles 26i arrangées en 4 colonnes et 4 rangées. Chacune des antennes individuelles 26i rayonne une petite partie de l'énergie microonde disponible sous la commande d'un déphaseur 28. Le balayage est accompli par un déphasage relatif du faisceau émis par chaque élément d'antenne 26i à base d'un calibrage prédéterminé pour obtenir un contrôle bidimensionnel du faisceau global émis par l'antenne 26. Comme représenté sur la fig. 2, les antennes individuelles 26i sont raccordées chacune par le déphaseur 28 à un réseau de distribution 30 qui est alimenté par un circuit à micro-ondes 32 comprenant un oscillateur à haute fréquence. La modulation de fréquence des signaux émis par un circuit 32 est engendrée par une unité de commande 34 sous la commande d'une unité de programmation 36. L'unité de commande 34 commande également le déphasage de chacune des antennes 26i à travers une unité 38 de contrôle du déphasage. La référence 40 représente une centrale de traitement de données qui calcule la distance de chacune des antennes individuelles 26i au point de réflection des ondes radar captées après réflexion sur la surface de chargement. Les signaux captés par chacune des antennes 26i sont renvoyées à travers le circuit à micro-ondes 32 dans la centrale 40. Après dépouillement des résultats de mesure et détermination des hauteurs pour chacune des antennes 26i le résultat peut être affiché sous forme d'une carte topographique de la surface de chargement du four. Le grand avantage du mode de réalisation selon la fig. 2 est un visionnement quasi instantané, bidimensionnel de toute la surface de chargement du four et ceci sans élément mécanique mobile et complexe. Il est à noter que les antennes individuelles du mode de réalisation de la fig. 2 et du mode de réalisation de la fig. 1 peuvent être du type monostatique, c.à.d que chacune des antennes individuelles fait office d'antenne émettrice et d'antenne réceptrice, ou être du type bistatique, c.à.d. qu'il faut une antenne émettrice et une antenne réceptrice qui capte les ondes radar après réflexion sur la surface de chargement. Dans le cas d'antennes bistatiques, il faut évidemment doubler le nombre de celles-ci. Le choix entre le balayage bidimensionnel intégralement électronique selon la fig. 2 ou le balayage semi-électronique, semi-mécanique selon la fig. 1 est une affaire de compromis entre les frais et complexités de l'électronique respectivement de la mécanique, sachant toutefois que chacune des deux approches permet une cartographie complète et rapide de toute la surface de chargement du four à cuve. REVENDICATIONS 1. Dispositif de détermination de la carte topographique de la surface de chargement d'un four à cuve à l'aide d'une sonde radar montée dans la paroi du four au-dessus de la surface de chargement, caractérisé en ce que la sonde effectue un balayage bidimensionnel de toute la surface de chargement et en ce qu'elle comporte plusieurs antennes individuelles à balayage électronique. 2. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes individuelles (26i) de la sonde sont arrangés suivant une grille en rangées et colonnes à balayage entièrement électronique. 3. Dispositif selon la revendication 1, caractérisé en ce que les antennes individuelles (22a), (22b), (22c), (22d) sont disposées en ligne et sont balayées électroniquement et en ce que le support des antennes et pivotable perpendiculairement à la ligne de balayage électronique. 4. Dispositif selon l'une quelconque des revendications 2 ou 3, caractérisé en ce que le support des antennes (22), (26) est déplaçable verticalement dans un hublot (20) de la paroi supérieure (16) du four (10).