Brevet FR2653220A1 — publié le 19910419

La présente invention concerne une option pouvant être associée à un appareil de mesure, option lui conférant la faculté de pouvoir à l'aide d'un calculateur, par extrapolation des mesures déjà faites, prévoir une estimation de la mesure qu'il fera à un instant défini, ultérieur. Un appareil de mesure est un instrument permettant de mesurer quantitativement, le plus exactement possible, un phénomène particulier. En lecture continue, un tel appareil renseignera l'opérateur sur la valeur exacte du paramètre mesuré, soit à 1' instant où il fait cette mesure, le présent, soit si l'appareil comporte une option enregistreur, en différé, le passé, mais il ne donnera rien concernant 11 avenir. L'option estimation selon l'invention permet de remédier à cet inconvénient. Cette option est construite autour d'un calculateur qui déterminera à partir des dernières mesures faites, diabord la valeur des paramètres de équation régissant 1' évolution de cette mesure au cours du temps, puis ensuite déterminera par calcul la valeur que prendra cette équation lorsque le paramètre temps sera égal à celui de la prévision. Le calculateur peut être construit à partir de deux technologies distinctes. L'analogique. Un tel appareil sera construit en deux parties. a) L'analyseur. I1 sçagit de la partie qui va, partant du signal mesure, déterminer les paramètres constitutifs de l'équation représentative du système mesuré. En première approche, la fonction peut s'écrire, dans le cas minimum de deux paramètres : ou F est la valeur de la mesure à l'instant T , A et B les o o o o dérivées première et seconde du signal mesuré à l'instant T o et T la durée de la prévision. ( Fig I). L'analyseur sera constitué à partir de differenciateurs montés en cascade, ces circuits ayant la propriété de présenter à leur sortie un signal proportionnel à la derivée du signal d' entrée. b) L'intégrateur - additionneur. Il s'agit d'un circuit qui, partant des paramètres A et B o o disponibles aux sorties de l'analyseur, effectuera la résolution de l'équation F(t) pour une valeur de T donnée. Ce circuit sera constitué à partir d'intégrateurs montés en cascade, ces circuits ayant la propriété de présenter à leur sortie un signal proportionnel à l'intégrale du signal deentrée. Le numérique. I1 s'agira d'un calculateur construit à partir d'un micro processeur. A ltextrème, un tel calculateur peut se reduire à un seul circuit intégré spécialisé, d'usage universel, le programme étant chargé à l'intérieur lors de la fabrication. Tout comme en analogique, le programme du calculateur va se décomposer en deux parties, l'analyse, puis la résolution de 1' équation trouvée, mais ici on utilisera le même circuit électronique pour effectuer ces deux opérations, et ces opérations pourront même être imbriquées. (Temps partagé). Ce programme pourra etre extrait d'une bibliothèque de sousprogrammes existante, ou écrit spécialement pour cette application. 5i on choisit cette deuxième solution, la démarche à suivre sera la même qu'en analogique. a) L'analyseur. La dérivée à l'instant T , (S ), d'une courbe (Fig I) peut être assimilée à la pente de sa tangente en ce point, la détermination de cette pente pouvant se réduire à la division par le temps (T - T I) du résultat de la soustraction des valeurs F o et F-I La dérivée seconde s'obtiendra de la même façon, en rempla çant F0 et F-I par A0 et A-1. Seul le temps de traitement limitera le nombre de dérivées successives possibles. b) L'intégrateur - additionneur. Comme en analogique, l'intégrateur - additionneur résoudra la fonction définie nar l'analvseur. En l'absence d'un orooram- me spécifique évolué, la résolution de l'intégrale par un calculateur peut s'effectuer de la façon suivante : On commence par fractionner le temps T en un nombre de temps élémen taires, puis on calcule la valeur de la fonction F(t) pour chacun de ces temps, puis on multiplie chaque rÉsultat par la valeur du temps élementaire choisi, et enfin l'integrale s' obtiendra en faisant la somme de toutes ces valeurs. La corrélation entre d'une part les prévisions effectuées à l'instant T et d'autre part les mesures faites ultérieurement o en (T + T) sera fonction de trois paramètres principaux. a) La durée du temps de prévision T. On conçoit que plus ce temps sera long, et plus il y aura de chances pour que les prévisions s'éloignent de la réalité. Dans les faits, on devra limiter sa valeur maximum en fonction de la vitesse de variation du phénomène étudié. b) t'absence de perturbation. La fonction representant 11 évolution du phénomène au cours du temps ne restera monotone et continue quten l'absence de perturbation. Elles peuvent etre de deux sortes Prvisibles : Il s'agit de contraintes inhérentes au système mesuré : Limites physiques (Ebulition, glace ) ou des limites structurelles (Dispositif de protection contre les surcharges, tensions a'alimentations). Si l'on emploie un calculateur évolué, cn peut lui intégrer ces paramètres, ce qui augmentera d' autant la corrélation existante entre les prévisions et la réalité. ~ Imprévisibles : Ces perturbations rendront inévitablement fausses les prédictions de i'option estimation, mais cest une chance car cela permet, au cas ou la prévision s'avère mauvaise, d'élaborer une contre-esure qui remettra le système dans la Donne direction. c) La puissance du calculateur et la precision de l'appareil de mesure de base utilisés. Les applications des appareils de mesure équipés de l'option estimation peuvent être classées en quatre groupes principaux a) Provision pure Thermomètre : Un thermomètre comportant l'option estimation peut permettre de prévoir l'évolution de la température dans dans un laps de temps défini. Ses applications sont multiples: Prévision de la température atmosphérique (Risque de gel), de l'évolution de la température d'un lieu, d'un corps qui se réchauffe ou se refroidit (Chaudière, étuve, etc). Eventuellement, on peut aussi lui faire afficher le temps au bout duquel il prévoit qu'une certaine température sera atteinte. On peut aussi, lors de la prise ponctuelle de température d'un milieu, au lieu d'attendre que l'affichage se stabilise, faire une estimation avec un temps prévisionel suffisant de façon à obtenir une Donne estimation sans attendre. ~ Jauge : Une jauge de réservoir comportant l'option estimation pourra servir à prévoir l'évolution du niveau du réservoir, ou l'autonomie restante avant que'un nouveau plein ne soit nécessaire.Ses applications sont multiples : Cuve d'installation de chauffage par temps météorologique étale, véhicule sur autoroute, bateau, etc. b) Prévision an vue de la modification du cours du déroulement du phénomène mesuré relais à seuil : De nombreux appareils de mesure sont équipés d'une option permettant de déclencher une alarme si un certain niveau fe la mesure est atteint. Un tel appareil comportant en plus l'option estimation permettra à la fois de déclencher une alarme prévisionnelle et d'afficher le temps au bout duquel ce seuil sera franchi. Mieux, afin d'éviter les alertes à répétition, et appareil pourra ne tenir compte que des alertes dont les temos estimés iront en diminuant (Série convergente).Un tel appareil peut servir à détecter l'arrivée d'une pollution, d'une entrée d'humidité, etc. Indicateur de vitesse : Un indicateur de vitesse équipé d' une option estimation pourra, au prix d'une intégration supplémentaire, fournir une estimation de la distance parcourue. Couplé avec un relais à seuil réglé sur une distance donnée D, il fournira un temps estimé, temps qui sera alors traduit en une vitesse estimée. Le conducteur pourra donc savoir en permanence sa vitesse future à D métres devant lui. On peut aussi, a l'aide d'un point fixe placé sur la trajectoire du mobile, charger un décompteur de distance parcourue avec une valeur égale à la distance le séparant d'un point à vitesse limitée. Le contenu de ce décompteur, qui est aussi la valeur D, se réduisant au fur et à mesure de la progression du mobile, 1' appareil affichera en permanence la vitesse probable à laquelle le mobile passera sur la zone à vitesse limitée. Materiel de surveillance médicale : En hospitalisation, il arrive que l'on laisse un malade sous la surveillance constante d'un appareil de contrôle. Un appareil de ce type, muni d9une option estimation, pourra prévoir à moyen terme l'évolution de l'état du malade et apporter ainsi une aide au diagnostique. c) Détection d'anomalies de fonctionnement : Dans un materiel ou sur un malade sous mesure permanente, tout écart entre les prévision et la réalité sera l'indice de l'arrivée d'un phénomène parasite : Complications, fuite, grippage, panne d'un auxiliaire, etc. d) Régulation : Une option estimation, réglée avec un temps voisin de la constante de temps de l'installation asservie, placée entre la sortie de la sonde de prise de mesure et 1 entrée d'un régulateur, provoquera la disparition apparente de l'inertie de l'installation asservie. Avec une régulation tout ou rien, on constate la disparition pratiquement totale du phénomène de pompage. REVENDICATIONS I) Option estimation pour appareils de mesure caractérisée en ce qu'elle incorpore un calculateur programmé pour effectuer l'extrapolation des mesures déjà faites. 2) Option selon la revendication (I) caractérisée en ce que le calculateur utilisé est du type analogique. 3) Option selon la revendication (I) caractérisée en ce que le calculateur utilisé est du type numérique. 4) Option selon la revendication (I),(2), ou (3) caractérisée en ce qutelle comporte un moyen de modifier le temps d'extrapolation. 5) Option selon la revendication (I),(2), ou (3) caractérisée en ce qu'elle comporte en sortie un seuil d'alarme. 6) Option selon la revendication (I),(2), ou (3) caractérisée en ce que le temps d'extrapolation du calculateur sera défini par le résultat d'une opération supplémentaire. 7) Option selon la revendication (I),(2) ou (3) caractérisée en ce qu'eile est munie d'un enregistreur et d'une fonction comparaison programmée de façon à détecter les écarts existants entre les prévisions et la réalité. 3) Option selon la revendication (I),(2) ou (3) caractérisée en ce qu'elle se trouve interposée entre ia sortie d9un appareil de rresure et l'entrée signal d'un régulateur.